ALMA revela estrella recién nacida alimentándose de una hamburguesa de polvo en sistema extrasolar

20 abril, 2017

Artículo Científico

Un equipo internacional de investigadores encabezado por Chin-Fei Lee, del Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sinica (ASIAA), en Taiwán, produjo una nueva imagen de alta fidelidad con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) donde se ve una protoestrella alimentándose de un polvoriento disco de acreción en forma de hamburguesa. La nueva imagen no solo confirma la formación de un disco de acreción alrededor de una protoestrella muy joven, sino que, por primera vez, revela la estructura vertical del disco en la primera etapa de un proceso de formación estelar. Además de poner en tela de juicio algunas de las teorías vigentes sobre la formación de estos discos, el hallazgo podría aportar información valiosa sobre el proceso de crecimiento y aglomeración de los granos, tan importante para la formación de los planetas.

“Es increíble ver una estructura tan detallada de un disco de acreción tan joven. Los astrónomos llevan muchos años buscando discos de acreción en etapas iniciales de formación estelar para determinar su estructura, la manera en que se forman, y cómo se desarrolla el proceso de acreción. Ahora, usando ALMA y su plena capacidad de resolución, no solo pudimos detectar un disco de acreción sino también resolverlo en detalle, en especial su estructura vertical”, celebra Chin-Fei Lee.

“En las primeras etapas de formación estelar, hay dificultades teóricas para generar un disco como este, porque los campos magnéticos pueden ralentizar la rotación del material que colapsa y, de esa forma, impedir que se forme el disco alrededor de la joven protoestrella. De este hallazgo se desprende que el efecto retardante de los campos magnéticos en la formación de los discos puede no ser tan eficiente como habíamos creído”, explica Zhi-Yun Li, de la Universidad de Virginia.


Figura 1. Chorro y disco en el sistema protoestelar HH 212: (a) Imagen compuesta del chorro con diferentes moléculas, obtenida combinando imágenes del Very Large Telescope (McCaughrean et al. 2002) y ALMA (Lee et al. 2015). La imagen naranja en el centro muestra el envoltorio de polvo y el disco observado por ALMA en longitudes de onda submilimétricas a una resolución de 200 UA. (b) Acercamiento del centro del disco de polvo a una resolución de 8 UA. Los asteriscos señalan la posible posición de la protoestrella central. En el ecuador se aprecia una oscura franja que da al disco un aspecto de hamburguesa. En la esquina inferior derecha se muestra un sistema solar a escala para fines de comparación. (c) Modelo de disco de acreción que reproduce la emisión de polvo observada. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Lee et al. | Descargar imagen

HH 212 es un sistema protoestelar cercano ubicado en Orión, a una distancia de aproximadamente 1.300 años luz. La protoestrella central es muy joven, pues tiene apenas unos 40.000 años (cerca de 10 millonésimas partes de la edad de nuestro Sol), y tiene una masa aproximada a una quinta parte de la del Sol. Como tiene un potente chorro bipolar, la protoestrella debe generar acreción de material con eficiencia. Las observaciones realizadas anteriormente a una resolución de 200 unidades astronómicas (UA) habían detectado únicamente un envoltorio plano que fluía en espiral hacia el centro y rastros de un pequeño disco de polvo cerca de la protoestrella. Con las observaciones realizadas por ALMA a una resolución de 8 UA, es decir, 25 veces mayor, se logró una resolución espacial del disco de polvo en longitudes de onda submilimétricas.


Figura 2. Modelo de disco de acreción que reproduce la emisión observada. (a) Modelo de disco de acreción con temperatura superficial del disco. (b) Emisión de polvo derivado del modelo de disco. La imagen creada a partir del modelo es prácticamente igual a la del disco. Créditos: Lee et al. | Descargar imagen

El disco está casi de perfil y tiene un radio de unas 60 UA. Lo interesante es que se ve una prominente franja ecuatorial oscura atrapada entre dos zonas más brillantes, causada por una temperatura relativamente baja y una alta profundidad óptica cerca del plano medio del disco. Por primera vez se pudo ver esta oscura franja en longitud submilimétrica, y el resultado es una forma de hamburguesa que recuerda a la imagen de luz dispersa de un disco de perfil en los espectros óptico e infrarrojo cercano. La estructura de la franja oscura es una clara señal de que el disco se ensancha, tal como predicen los modelos de discos de acreción.


Figura 3. Representación artística de un disco de acreción que alimenta a la protoestrella central con sus chorros bipolares. Créditos: Yin-Chih Tsai/ASIAA | Descargar imagen

Nuestras observaciones abren la fascinante posibilidad de detectar y caracterizar los pequeños discos que rodean las protoestrellas más jóvenes mediante la obtención de imágenes de alta resolución con ALMA, lo que permite afinar considerablemente las teorías sobre la formación de estos discos. Estas observaciones de la estructura vertical también ofrecen información crucial sobre los procesos de crecimiento y aglomeración de los granos, determinantes para las primeras etapas de la formación de los planetas.

Información adicional

Los resultados de esta investigación se detallan en el artículo titulado “First detection of equatorial dark dust lane in a protostellar disk at submillimeter wavelength” (‘Primera detección de oscura franja ecuatorial en disco protoestelar en longitud de onda submilimétrica’), de Lee et al., que se publicará en la revista Science Advances.

El equipo está conformado por Chin-Fei Lee (ASIAA, Taiwán; Universidad Nacional de Taiwán), Zhi-Yun Li (Universidad de Virginia, EE. UU.), Paul T. P. Ho (ASIAA, Taiwán; East Asian Observatory), Naomi Hirano (ASIAA, Taiwán), Qizhou Zhang (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, EE. UU.) y Hsien Shang (ASIAA, Taiwán).

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 Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC), 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.