ALMA descubre estrellas formándose sorprendentemente cerca del agujero negro supermasivo de nuestra galaxia

28 Noviembre, 2017 / Tiempo de lectura: 9 minutes

En el centro de nuestra galaxia, en las cercanías de su agujero negro supermasivo, se encuentra una zona sacudida por intensas fuerzas gravitacionales e inundada por una fuerte radiación de luz ultravioleta y rayos X. Según los astrónomos, estas condiciones tan adversas deberían impedir la formación estelar, sobre todo en estrellas de baja masa como nuestro Sol. No obstante, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) realizó nuevas observaciones que indican lo contrario.

En efecto, ALMA detectó señales de 11 estrellas de baja masa que se están formándose peligrosamente cerca —a 3 años luz— de nuestro agujero negro supermasivo, conocido por los astrónomos como Sagitario A* (Sgr A*). A esa distancia, las fuerzas gravitacionales del agujero negro supermasivo son lo suficientemente intensas como para desintegrar cualquier nube incubadora que se le acerque demasiado.

La presencia de estas nuevas protoestrellas (la etapa en que una densa nube de gas empieza a convertirse en una joven y brillante estrella) indica que incluso en las áreas más turbulentas de nuestra galaxia, y quizás en otros lugares similares del Universo, se pueden dar las condiciones necesarias para el nacimiento de estrellas poco masivas.

Doble lóbulo producido por los chorros de una estrella en formación cerca del centro galáctico. ALMA descubrió 11 indicios de formación estelar sorprendentemente cerca del agujero negro supermasivo que habita el centro de nuestra galaxia.
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Yusef-Zadeh et al.; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Los resultados de esta investigación se publicaron en la revista The Astrophysical Journal Letters.

“Contra todo pronóstico, obtuvimos las mejores pruebas hasta ahora de que hay estrellas poco masivas formándose extraordinariamente cerca del agujero negro supermasivo que habita el centro de la Vía Láctea”, afirma Farhad Yusef-Zadeh, astrónomo de la Northwestern University, en Evanston (Illinois, EE. UU.), y autor principal del artículo. “Este es un resultado francamente sorprendente, que demuestra cuán resistente puede ser el proceso de formación estelar, incluso en los lugares más inverosímiles”.

Los datos de ALMA también sugieren que estas protoestrellas tienen unos 6.000 años de edad. “Esto es importante porque son las estrellas en formación más jóvenes que hemos encontrado en este entorno sumamente hostil”, agrega Yusef-Zadeh.

Los investigadores identificaron estas protoestrellas gracias al “doble lóbulo” de gas que las rodea y les confiere la forma de reloj de arena cósmico que caracteriza a las primeras etapas de formación estelar. En estos lóbulos, las moléculas como el monóxido de carbono (CO) emiten un intenso brillo con longitudes de onda milimétricas, que ALMA puede observar con extraordinaria sensibilidad y precisión.

Las estrellas recién nacidas, como las que se identificaron recientemente cerca del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, están rodeadas por un disco de polvo y gas que gira. En esta representación artística de un sistema solar recién formado, la joven estrella extrae material de su entorno y lo inyecta en un disco giratorio (derecha), en un proceso que genera chorros de material (izquierda) que fluyen hacia fuera. Créditos: Bill Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Las protoestrellas surgen en nubes interestelares de polvo y gas, donde se forman densos bolsos de material que colapsan por efecto de su propia gravedad y crecen acumulando material estelar proveniente de su nube madre. Sin embargo, parte de este material que fluye hacia la incipiente estrella nunca llega hasta su superficie, y en cambio es eyectado en chorros de alta velocidad que salen de los polos sur y norte de la protoestrella. Ahora bien, los ambientes extremadamente turbulentos pueden interrumpir el flujo natural de material hacia la protoestrella, mientras la intensa radiación proveniente de estrellas masivas cercanas y agujeros negros supermasivos, a su vez, puede desintegrar la nube madre y, de esa forma, impedir que la mayoría de las estrellas en formación sigan desarrollándose, a excepción de las más masivas.

El centro de la Vía Láctea, donde se encuentra un agujero negro de 4 millones de masas solares, se encuentra a cerca de 26.000 años luz de la Tierra, en dirección de la constelación de Sagitario. Es una zona densa y dinámica, llena de polvo interestelar que la esconde a la vista de los telescopios ópticos. Las ondas de radio, incluida la luz milimétrica y submilimétrica que ALMA detecta, son capaces de penetrar este polvo, y por eso permiten a los radioastrónomos entender mejor el contenido y las dinámicas de este lugar inhóspito.

Imagen del centro de la Vía Láctea captada por ALMA donde se aprecian 11 jóvenes protoestrellas a unos 3 años luz de distancia del agujero negro supermasivo de nuestra galaxia. Las líneas indican la dirección de los lóbulos bipolares generados por chorros que emanan de las protoestrellas a gran velocidad. La estrella indica la ubicación de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo de 4 millones de masas solares situado en el centro de nuestra galaxia.
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Yusef-Zadeh et al.; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

En observaciones hechas anteriormente con ALMA, Yusef-Zadeh y su equipo habían revelado la presencia de varias estrellas masivas jóvenes –de unos 6 millones de años– alrededor de Sgr A*. Estos objetos, conocidos como proplyds, o discos protoplanetarios, son comunes en incubadoras de estrellas más apacibles, como la nebulosa de Orión.  Aunque el centro de una galaxia puede ser un lugar complicado para que se formen estrellas, es posible que, al haber un núcleo particularmente denso de gas de hidrógeno, alcancen a darse las condiciones necesarias para que nazcan nuevas estrellas pese a las condiciones extremas del entorno.

Sin embargo, las nuevas observaciones de ALMA revelaron algo aún más sorprendente: las señales de 11 protoestrellas de baja masa que están formándose a 1 pársec (tan solo 3 años luz) del agujero negro situado en el centro de la galaxia. Yusef-Zadeh y su equipo usaron ALMA para confirmar que las masas y los coeficientes de transferencia de impulso (la capacidad de los chorros de las protoestrellas para avanzar en medio del material interestelar) coinciden con los de las jóvenes protoestrellas presentes en el disco de nuestra galaxia.

“Este hallazgo aporta pruebas de que hay estrellas formándose dentro de nubes extremadamente cercanas a Sgr A*”, afirma Al Wootten, del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos, quien también firma el artículo. “Aunque las condiciones allí distan de ser ideales, se nos ocurren varias formas en las que estas estrellas pueden surgir”.

Para ello, las fuerzas exteriores tendrían que comprimir las nubes de gas cercanas al centro de nuestra galaxia para que estas resistan a su entorno inhóspito y la fuerza de gravedad sea suficiente para formar estrellas. Los astrónomos calculan que las nubes de gas que se desplazan a alta velocidad por la región podrían contribuir al proceso de formación estelar al comprimirse mientras avanzan por el medio interestelar. También es posible que los chorros del agujero negro atraviesen las nubes de gas circundantes, compriman el material y provoquen este brote de formación estelar.

“La presencia de tantas aglomeraciones densas indica que podría haber brotes de formación estelar en las cercanías de agujeros negros supermasivos dentro de otras galaxias”, concluye Yusef-Zadeh. “Con observaciones ulteriores se podrá echar nuevas luces sobre este proceso para entender mejor cómo se produce y determinar dónde más podríamos buscar estrellas jóvenes”.

Información adicional

Este estudio se detalla en un artículo titulado “ALMA Detection of Bipolar Outflows: Evidence for Low Mass Star Formation within 1pc of Sgr A*” (‘Detección de chorros bipolares con ALMA: indicios de formación de estrellas de baja masa a 1 pársec de Sgr A*’) de F. Yusef-Zadeh et al., publicado en The Astrophysical Journal Letters [https://doi.org/10.3847/2041-8213/aa96a2].

El equipo de investigación está compuesto por F. Yusef-Zadeh[1], M. Wardle[2], D. Kunneriath[3], M. Royster[1], A. Wootten[3] y D. A. Roberts[1]

[1] Departamento de Física y Astronomía, Northwestern University, Evanston, IL 60208, Estados Unidos

[2] Departamento de Física y Astronomía, Centro de Investigación en Astronomía, Astrofísica y Astrofotónica, Macquarie University, Sydney NSW 2109, Australia

[3] Observatorio Radioastronómico Nacional, Charlottesville, VA 22903, y Museo de Ciencia e Historia de Fort Worth, TX 76107, Estados Unidos

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.