Formación de estrellas y planetas

La formación de estrellas es el mecanismo que controla la estructura y evolución de galaxias y la acumulación de elementos pesados en el Universo, además de ser responsable de la creación de los ambientes planetarios donde la vida es posible.

Las estrellas brillan por miles de millones de años, pero su formación -que toma solo algunos millones de años- permanece literalmente en el misterio: los telescopios ópticos no pueden observar dentro de las polvorientas concentraciones de gas en las que nacen las estrellas. Por otro lado, los telescopios infrarrojos, que sí pueden revelarnos las estrellas recién nacidas antes de que emerjan completamente de sus polvorientos capullos, no son capaces de observar el proceso de desarrollo de preignición de las estrellas.

Sabemos que estas inmensas nubes colapsan bajo la fuerza de gravedad para formar estrellas. Debido a un proceso de fusión nuclear, estas estrellas primerizas convirtieron con gran eficacia el hidrógeno y helio en otros elementos como el carbono, oxígeno, silicio o hierro. Al término de su corta vida, las primeras estrellas expulsaron estos elementos al espacio, donde dieron forma a diminutos granos de polvo. Este polvo producido en los inicios del Universo y presente en las galaxias más lejanas y antiguas, puede detectarse con ALMA gracias a su longitud de onda submilimétrica; proporcionándonos información sobre los procesos de formación de estas primeras estrellas y galaxias.

Además, sabemos que esta formación de estrellas implica el colapso gravitacional, pero los movimientos de caída que forman una nueva estrella todavía tienen que ser descubiertos. Para observar esta evidencia inequívoca de colapso, se requieren resolución espacial y resolución en velocidades altas para mapear el campo de velocidad a través de estructuras pequeñas, y se requiere también de alta sensibilidad para aprovechar la resolución espacial y  en velocidad. Adicional a esto, la observación debe estar disponible en una longitud de onda en la cual el objeto colapsante emita, y en la cual la materia circundante sea transparente. De los instrumentos actuales, sólo ALMA tiene las características requeridas para ayudar a desentrañar estos misterios observando en profundidad las nubes de formación de estrellas, detectando la suave luz emitida por la materia que recién comienza a calentarse e incluso mapeando el movimiento de esa materia.

De acuerdo a nuestro actual conocimiento, los planetas se forman alrededor de una nueva estrella al condensarse en un disco de gas molecular y polvo incrustado dentro de una nube molecular más grande. Las condensaciones aumentan hasta convertirse en planetas gigantes, que se calientan, limpian sus órbitas en el disco y posiblemente lo encorvan. El gas que permanece en el disco finalmente desaparece, dejando planetas y un disco de polvo y deshechos.

ALMA estudia todas las fases de formación de planetas: sondea los discos protoplanetarios -embriones planetarios- en alta resolución; puede captar el aumento de brillo y temperatura de los planetas en formación y detectar directamente cómo planetas gigantes van limpiando sus órbitas en los discos. ALMA puede encontrar más planetas al medir los efectos increíblemente pequeños que tienen éstos sobre las estrellas que orbitan y nos permite medir la masa de estos planetas en formación. Además ALMA puede examinar discos de polvo y deshechos que permanecen alrededor de las estrellas una vez que el gas ha desaparecido.

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Una simulación (Wolf y D’Angelo 2005) de observaciones de ALMA de un disco protoplanetario realizadas a 950 GHz, muestra un protoplaneta incrustado de una masa igual a la de Júpiter orbitando alrededor de una estrella de 0,5 masas solares (radio orbital: 5UA). La distancia supuesta para el observador es de 50 pc o 100 pc según lo indicado. La masa del disco se consideró idéntica a la de la Estrella Mariposa (IRAS 04302+2247) en Tauro. Nótese la forma reproducida de la onda espiral cerca del planeta y la región ligeramente ensombrecida detrás del planeta en la imagen izquierda. Imagen cortesía de S. Wolf.

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