Protoestrella brilla intensamente y modifica su incubadora

15 Marzo, 2017 / Tiempo de lectura: 7 minutes

Una protoestrella masiva acaba de brotar desde las profundidades de una polvorienta incubadora de estrellas, pasando a emitir un brillo 100 veces más fuerte que antes. Este brote, aparentemente gatillado por una avalancha de gas incubador al estrellarse contra la superficie de la protoestrella, avala la teoría de que las jóvenes estrellas pueden experimentar un crecimiento repentino que cambia el aspecto del medio en que se generan.

Los astrónomos hicieron este hallazgo comparando las nuevas observaciones del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ubicado en Chile, con observaciones anteriores del Submillimeter Array (SMA) de Hawái.

“Fuimos increíblemente afortunados de detectar esta espectacular transformación de una estrella joven y masiva”, celebra Todd Hunter, astrónomo del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO, en su sigla en inglés), en Charlottesville, Virginia, E.E. U.U., quien firmó en calidad de autor principal un artículo publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters. “Al estudiar una densa nube incubadora con ALMA y el SMA, pudimos observar que ocurrió una dramática modificación, cambiando por completo el aspecto de la incubadora de estrellas en un lapso sorprendentemente corto”.

En 2008, antes de que ALMA inicie sus operaciones, Hunter y sus colegas usaron el SMA para observar una pequeña pero activa porción de la nebulosa Pata de Gato (también conocida como NGC 6334), un complejo incubador de estrellas situado a unos 5.500 años luz de la Tierra en dirección de la constelación austral de Escorpio. Esta nebulosa se asemeja en muchos aspectos a su prima, la nebulosa de Orión, que también rebosa de estrellas jóvenes, cúmulos estelares y densos núcleos de gas a punto de convertirse en estrellas. Sin embargo, la nebulosa Pata de Gato fabrica estrellas a un ritmo más acelerado.

Las observaciones iniciales que realizó el SMA de esta parte de la nebulosa, conocida como NGC 6334I, revelaron lo que parecía ser un típico protocúmulo: una densa nube de polvo y gas que albergaba varias estrellas en etapa de crecimiento.

En estas zonas bien compactas se forman estrellas cuando las bolsas de gas se vuelven tan densas que empiezan a colapsar bajo el efecto de su propia gravedad. Con el tiempo, alrededor de estas estrellas en gestación se van formando discos de polvo y gas que transportan material hasta la superficie de las estrellas y las ayudan a crecer.

Pero este proceso puede no ser del todo lento y constante. De hecho, los astrónomos ahora creen que las estrellas jóvenes también pueden experimentar un crecimiento repentino adquiriendo masa rápidamente al tragar gas incubador.

Las nuevas observaciones realizadas con ALMA en 2015 y 2016 revelaron los drásticos cambios ocurridos en una parte del protocúmulo llamado NGC 6334I-MM1 desde que se realizaran las observaciones con el SMA. Ahora esta región es unas cuatro veces más brillante que antes en las longitudes de onda milimétricas, lo que significa que la protoestrella central es cerca de 100 veces más luminosa.

Los astrónomos especulan que este brote repentino fue impulsado por un cúmulo de material inusualmente grande que entró en contacto con el disco de acreción de la estrella y provocó un atasco de polvo y gas. Tras acumularse grandes cantidades de material, el tapón estalló y lanzó una avalancha de gas hacia la estrella en gestación.

Este fenómeno de acreción extrema aumentó considerablemente la luminosidad de la estrella y calentó el polvo que la rodeaba. Este polvo caliente y brillante fue lo que observaron los astrónomos al usar ALMA. Aunque se han observado fenómenos similares en luz infrarroja, esta es la primera vez que se detecta en longitudes de onda milimétricas.

Para cerciorarse de que los cambios observados no eran simplemente el resultado de diferencias entre los telescopios o un error de procesamiento de datos, Hunter y sus colegas usaron los datos de ALMA como modelo para simular con precisión lo que el SMA habría observado –con sus capacidades más modestas– si hubiese realizado operaciones similares en 2015 y 2016. Al restar digitalmente las imágenes obtenidas por el SMA en 2008 de las imágenes simuladas, los astrónomos confirmaron la existencia de un cambio considerable y constante en una parte del protocúmulo.

“Una vez que nos aseguramos de estar comparando los dos conjuntos de observaciones en condiciones iguales, supimos que éramos testigos de un período muy especial en el crecimiento de una estrella”, cuenta Crystal Brogan, también del NRAO y coautora del artículo.

El Hartebeesthoek Radio Astronomy Observatory, ubicado en Sudáfrica, aportó datos complementarios de este fenómeno. Este observatorio, dotado de una sola antena, estaba monitoreando las señales de radio de máseres de la misma región. Los máseres son fenómenos cósmicos de radio naturales equivalentes a los láseres. Son generados por una serie de procesos energéticos en todo el Universo, incluidos los brotes de estrellas que experimentan un crecimiento acelerado.

Los datos del observatorio Hartebeesthoek revelaron un incremento repentino en las emisiones de máser de esta región a comienzos de 2015, apenas algunos meses antes de la primera observación de ALMA. Es exactamente lo que los astrónomos esperarían ver en una protoestrella que experimenta un rápido estirón en su proceso de crecimiento.

“Estas observaciones sustentan la teoría de que la formación estelar está marcada por una secuencia de acontecimientos dinámicos a partir de los cuales se forman las estrellas, más que por un crecimiento continuo y parejo”, concluye Hunter. “También nos enseña que es importante monitorear las estrellas jóvenes en longitudes de onda milimétricas y de radio porque estas nos permiten acceder a las regiones incubadoras más jóvenes y profundas. La observación de estos fenómenos en etapa inicial puede revelar nuevos fenómenos del proceso de formación estelar”.

Los hallazgos de esta investigación se recogen en un artículo titulado "An extraordinary outburst in the massive protostellar system NGC6334I-MM1: Quadrupling of the millimeter continuum" (‘Un extraordinario brote estelar en el sistema protoestelar masivo NGC6334I-MM1: cuadruplicación del continuo milimétrico’) de T.R. Hunter et al., publicado en The Astrophysical Journal Letters [https://arxiv.org/abs/1701.08637].

Información adicional

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.