Encuentro cercano más de 10.000 años atrás generó brazos en espiral en disco de acreción

18 Junio, 2022 / Tiempo de lectura: 7 minutes

Un equipo internacional de investigación conformado por China, Estados Unidos y Alemania analizó datos de observación en alta resolución de ALMA y descubrió un disco de acreción masivo con dos brazos en espiral alrededor de una protoestrella de 32 masas solares en el Centro Galáctico. El disco podría estar siendo perturbado por un objeto que, al pasar muy cerca, provocaría la formación de los brazos en espiral. El hallazgo demuestra que el proceso de formación de estrellas masivas podría ser similar al de estrellas de menor masa, mediante la interacción de discos de acreción y encuentros cercanos.

Los discos de acreción que rodean a las protoestrellas, también conocidos como discos protoestelares, son componentes fundamentales de los procesos de formación estelar, porque alimentan constantemente a las protoestrellas con el gas presente en el entorno. De esa forma, son verdaderas incubadoras donde las estrellas nacen y crecen. En las últimas décadas se han estudiado con detenimiento distintos discos de acreción alrededor de protoestrellas de baja masa y similares al sol, lo que se ha traducido en numerosos hallazgos y avances teóricos. En el caso de las protoestrellas masivas, especialmente las de tipo O más antiguas y con más de 30 masas solares, aún no queda claro si los discos de acreción desempeñaron alguna función en su formación. Se trata de estrellas mucho más luminosas que el Sol, con un brillo intrínseco hasta cientos de miles de veces más intenso, que incide considerablemente en toda la galaxia. De ahí que sea tan importante entender la formación de las estrellas masivas.

El Centro Galáctico, ubicado a unos 26.000 años luz de nosotros, es un lugar que presenta condiciones de formación estelar únicas y muy importantes. El objeto mejor conocido en esa región es sin duda el agujero negro supermasivo Sgr A*, pero también hay un enorme depósito de gas molecular denso, principalmente hidrógeno molecular (H2), que sirve de materia prima para la formación de estrellas. Una vez sometido al colapso gravitacional, el gas empieza a formar estrellas. Observar directamente las incubadoras de estrellas alrededor del Centro Galáctico es difícil debido a la distancia considerable a las que se encuentran y a la presencia de gas entre el Centro Galáctico y nosotros. Para resolver los detalles de los procesos de formación estelar en esta región se necesita una alta resolución sumada a una alta sensibilidad.

El equipo de investigación usó las observaciones de línea de base larga realizadas con ALMA para alcanzar una resolución de 40 miliarcosegundos. Con ese nivel de resolución se puede ver fácilmente desde Tokio una pelota de baseball ubicada en Osaka. Gracias a ello, el equipo descubrió un disco de acreción alrededor del Centro Galáctico. El disco tiene un diámetro de unas 4.000 unidades astronómicas (UA) y rodea una estrella de tipo O en formación que tiene 32 masas solares. “Es una de las protoestrellas con disco de acreción más masivas que se haya observado, y la primera imagen de un disco de acreción protoestelar en el Centro Galáctico”, afirma el astrofísico y coautor del estudio Qizhou Zhang, del Centro de Astrofísica. El hallazgo sugiere que la formación de estrellas masivas de tipo O pasa por una etapa en la que interviene un disco de acreción.

Lo más interesante es que el disco tiene claramente dos brazos en espiral, parecidos a los de las galaxias espirales, pero que raramente se ven en discos protoestelares. Los brazos en espiral pueden aparecer en los discos de acreción debido a la fragmentación causada por inestabilidades gravitacionales. No obstante, el disco observado en este estudio es caliente y turbulento, lo que le permite equilibrar su propia gravedad. El equipo detectó un objeto de unas tres masas solares a cerca de 8.000 UA del disco. Mediante el análisis combinado de soluciones analíticas y simulaciones informáticas, se logró reproducir un escenario donde un objeto rozó el disco hace más de 10.000 años y lo perturbó al punto de causar la aparición de los brazos. “La simulación informática coincide a la perfección con las observaciones de ALMA. Dedujimos que los brazos en espiral son el resultado del acercamiento del objeto intruso”, afirma Xing Lu, autor principal del estudio e investigador asociado del Observatorio Astronómico de Shanghái, de la Academia China de Ciencias.

El hallazgo demuestra que, en las etapas iniciales de evolución estelar, los discos de acreción están sujetos a frecuentes procesos dinámicos como los encuentros cercanos, que afectarían considerablemente la formación de estrellas y planetas. Cabe señalar que estos encuentros cercanos también se han producido en nuestro Sistema Solar. Un sistema estelar binario conocido como Estrella de Scholz pasó cerca del Sistema Solar cerca de 70.000 años atrás, y probablemente penetró la Nube de Oort y envió cometas hacia el centro del Sistema Solar. De este estudio se desprende que estos encuentros cercanos también deberían ser frecuentes en las estrellas masivas, especialmente en el ambiente de alta densidad estelar alrededor del Centro Galáctico. “La formación de estrellas es un proceso dinámico, con muchos misterios aún por resolver”, señala Xing Lu. “Con futuras observaciones de ALMA en alta resolución esperamos desentrañar esos misterios”.

Información adicional

Los resultados de la investigación se consignaron en el artículo de X. LU et al. titulado “A massive Keplerian protostellar disk with flyby-induced spirals in the Central Molecular Zone” (‘Disco protoestelar kepleriano masivo con espirales generadas por encuentro cercano en la Zona Molecular Central’), publicado en la revista Nature Astronomy (DOI:10.1038/s41550-022-01681-4).

La investigación se financió con fondos de iniciación a la investigación científica para talentos de alto nivel del Observatorio Astronómico de Shanghái, así como el fondo JP20K14528 de JSPS KAKENHI y los fondos W820301904 y 12033005 de la Fundación Nacional de Ciencia Natural de China.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), socio de ALMA en nombre de Asia del Este.

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.

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