ALMA revela estructura de sistema protoestelar de baja masa

8 Febrero, 2017

Artículo Científico

Un equipo de astrónomos usó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar L1527, una protoestrella de baja masa que se encuentra en una incubadora de estrellas en la nube molecular de Tauro, a unos 450 años luz de la Tierra. Tiene un disco protoplanetario que gira y se encuentra prácticamente de perfil con respecto a nosotros, cubierto por un gran envoltorio de moléculas y polvo. Gracias a ALMA, los investigadores pudieron resolver por primera vez la estructura de este joven sistema estelar.

Una de las grandes incógnitas de la astrofísica es cómo las estrellas similares al Sol logran formarse a partir de nubes moleculares que colapsan, en zonas incubadoras de estrellas. Esta interrogante se conoce como el problema del momento angular en la formación estelar. Básicamente, el gas de la nube incubadora presenta cierto movimiento giratorio que confiere a cada elemento del gas una determinada cantidad de momento angular. Al colapsar hacia dentro, terminan alcanzando un estado donde la atracción gravitacional de la estrella naciente es compensada por la fuerza centrífuga, de forma que el flujo no puede continuar hacia dentro de un determinado radio, a menos que pierdan parte de su momento angular. Este umbral se conoce como barrera centrífuga.

Ahora, gracias a las mediciones realizadas con las antenas de radio de ALMA, un grupo encabezado por Nami Sakai, del RIKEN Star and Planet Formation Laboratory, encontró pistas que explicarían cómo el gas presente en la nube llega a la superficie de la estrella en formación. Para entender mejor el proceso, Sakai y su grupo recurrieron al observatorio ALMA y sus 66 antenas ubicadas en el desierto de Atacama, en el norte de Chile. Estas antenas se encuentran conectadas en una cuidadosa configuración destinada a proporcionar imágenes de las emisiones de radio de zonas protoestelares de todo el Universo.


Imagen 1. Distribuciones de intensidad integradas de CCH y SO, dos importantes moléculas, superpuestas en el mapa de continuo de polvo de 0,8 mm. El envoltorio giratorio que fluye hacia dentro, observado a través del CCH, se ensancha hacia dentro del radio de aproximadamente 150 UA. | Descargar imagen

En estudios anteriores, al observar las moléculas que rodean la misma protoestrella, Sakai había descubierto que, al contrario de lo que se creía, la transición desde el envoltorio hasta la parte interna del disco (que posteriormente da nacimiento a planetas) es un proceso muy complejo. “Al mirar los datos observacionales, nos percatamos de que la zona cercana a la barrera centrífuga, donde las partículas ya no pueden entrar, es bastante compleja, y comprendimos que el análisis de los movimientos de esta zona de transición podía ser crucial para entender cómo colapsa el envoltorio”, explica Sakai.

Las nuevas observaciones muestran un ensanchamiento del envoltorio en la zona de transición entre la parte interna del disco y el envoltorio. Sakai lo compara a un “atasco en la zona inmediatamente externa a la barrera centrífuga, donde el gas se calienta por efecto de la onda de choque”. Y agrega que “las observaciones mostraron claramente que buena parte del momento angular se pierde cuando el gas es proyectado en dirección vertical a partir del disco protoplanetario formado alrededor de la protoestrella”.


Imagen 2. Representación artística de L1527 | Descargar imagen

Este comportamiento coincide con las simulaciones digitales que el equipo había realizado sobre la base de un modelo exclusivamente balístico, donde las partículas se comportan como simples proyectiles que no necesitan la influencia de fuerzas magnéticas o de otro tipo.

Sakai pretende seguir realizando observaciones con el poderoso conjunto de ALMA “para seguir profundizando el conocimiento de las dinámicas de la formación estelar y explicar a cabalidad cómo la materia colapsa hacia la estrella en formación. Este trabajo también podría ayudar a comprender mejor la evolución de nuestro propio Sistema Solar”.

Información adicional

Los resultados de la investigación se publicaron como Sakai, Nami et al., Vertical Structure of the Transition Zone from Infalling Rotating Envelope to Disk in the Class 0 Protostar IRAS04368+2557 [Estrucutra vertical de la zona de transición entre el envoltorio giratorio que fluye hacia dentro y el disco en la protoestrella de Clase 0 IRAS04368+2557] en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, editada por Oxford University Press.

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.