ALMA detecta química inusual en capullo estelar extragaláctico

29 septiembre, 2016

Artículo Científico Publicación de ALMA Kids

Un equipo de astrónomos japoneses descubrió, gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una caliente y compleja masa de moléculas alrededor de una estrella recién nacida. Este núcleo molecular caliente es el primero de este tipo que se encuentra fuera de la Vía Láctea. Tiene una composición química muy diferente de los objetos similares presentes en nuestra galaxia, lo cual constituye un indicio claro de que los procesos químicos del Universo podrían ser mucho más diversos de lo que se pensaba.

Un equipo de investigadores japoneses aprovechó el poder de ALMA para observar una estrella masiva conocida como ST111 en la Gran Nube de Magallanes (GNM), galaxia enana cercana. Allí, se detectaron emisiones de diferentes gases moleculares, en una región con una alta concentración de gas denso y caliente alrededor de la estrella recién nacida ST11. Es la primera vez que encuentran un núcleo de este tipo fuera de la Vía Láctea2; y registran altas temperaturas, de más de –173 grados Celsius. De esa forma, tienen una temperatura superior en al menos 80 grados Celsius a la de las nubes moleculares comunes, pese a tener una densidad similar. Estos núcleos calientes se forman al comienzo de la evolución de las estrellas masivas y desempeñan un papel clave en la formación de componentes químicos complejos en el espacio.].

Takashi Shimonishi, astrónomo de la Universidad de Tohoku (Japón) y autor principal del artículo donde se describe el hallazgo, comenta entusiasmado: “Es la primera vez que se detecta un núcleo molecular caliente extragaláctico, lo cual demuestra la gran capacidad de la nueva generación de telescopios para estudiar fenómenos astroquímicos afuera de la Vía Láctea”.


Figura 1. Representación artística del núcleo molecular caliente descubierto en Gran Nube de Magallanes. Créditos: FRIS/Universidad de Tohoku. Esta imagen se generó a partir de las siguientes fuentes: ESO/M. Kornmesser; NASA, ESA, y S. Beckwith (STScI) y el equipo HUDF; NASA/ESA y el equipo Hubble Heritage (AURA/STScI)/HEI. | Descargar imagen

Las observaciones de ALMA revelaron que este núcleo recién descubierto tiene una composición muy diferente de la que se observa en objetos de la Vía Láctea. Entre los rasgos químicos más notorios del núcleo de la GNM destacan moléculas comunes como el dióxido de azufre, el óxido de nitrógeno y el formaldehído, junto con el polvo omnipresente. Por el contrario, muchos componentes orgánicos como el metanol (la molécula de alcohol más simple de todas) llaman la atención por su escasa presencia en el núcleo molecular caliente recién descubierto, mientras que los núcleos observados en la Vía Láctea contienen una gran variedad de moléculas orgánicas complejas, incluidos el metanol y el etanol.

“De las observaciones se desprende que las composiciones químicas de los materiales que forman los planetas y estrellas son mucho más diversas de lo que se esperaba”, explica Takashi Shimonishi.


Figura 2. Izquierda: distribuciones de emisión de línea molecular de un núcleo molecular caliente en la Gran Nube de Magallanes observadas con ALMA. Para efectos de comparación se muestra emisiones de polvo, dióxido de azufre (SO2), óxido de nitrógeno (NO) y formaldehído (H2CO). Derecha: imagen infrarroja del entorno de la incubadora de estrellas circundante (basada en los datos de 8 micrones proporcionados por el telescopio NASA/Spitzer Space). Créditos: T. Shimonishi/Universidad de Tohoku, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) | Descargar imagen

En la GNM hay escasas concentraciones de elementos que no sean hidrógeno o helio3. Según el equipo de investigación, este entorno galáctico tan diferente ha afectado a los procesos de formación molecular que ocurren alrededor de la estrella recién nacida ST11, lo cual podría explicar las diferencias observadas en las composiciones químicas.

Todavía no se sabe a ciencia cierta si las complejas moléculas detectadas en la Vía Láctea existen en los núcleos moleculares calientes de otras galaxias. Las moléculas orgánicas complejas son especialmente interesantes porque algunas están relacionadas con las moléculas prebióticas que se formaron en el espacio. El objeto recién descubierto en uno de nuestros vecinos galácticos más cercanos es ideal para estudiar este aspecto, y además suscita una nueva interrogante: ¿Cómo afecta la diversidad química de las galaxias al desarrollo de la vida extragaláctica?

Información adicional

Esta investigación se presentó en un artículo publicado en The Astrophysical Journal el 9 de agosto de 2016 con el título “The detection of a hot molecular core in the Large Magellanic Cloud with ALMA” (‘Detección de un núcleo molecular caliente en la Gran Nube de Magallanes con ALMA’).

El equipo está compuesto por Takashi Shimonishi (Instituto Frontera de Investigación en Ciencias Interdisciplinarias e Instituto Astronómico, Universidad de Tohoku, Japón), Takashi Onaka (Departamento de Astronomía, Universidad de Tokio, Japón), Akiko Kawamura (Observatorio Astronómico Nacional de Japón) y Yuri Aikawa (Centro de Ciencias Informáticas, Universidad de Tsukuba, Japón).

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.

  1. El nombre completo de ST11 es 2MASS J05264658-6848469. Esta joven estrella masiva y de nombre complejo es definida como un objeto estelar joven. Aunque parece ser una sola estrella, es posible que resulte ser un compacto cúmulo de estrellas, o incluso un sistema de estrellas. Fue el objeto de las observaciones del equipo de astrónomos, y los resultados los llevó a concluir que ST11 está envuelta en un núcleo molecular caliente.
  2. Los núcleos moleculares calientes son (relativamente) pequeños, con un diámetro de menos de medio año luz; tienen una densidad de más de 100.000 millones de moléculas por metro cúbico (mucho menos que la Tierra, pero bastante elevada para un ambiente interestelar
  3. Las reacciones de fusión nuclear que se producen cuando una estrella deja de fusionar hidrógeno para producir helio generan elementos más pesados. Estos elementos más pesados son arrojados al espacio cuando las estrellas masivas moribundas estallan y se convierten en supernovas. Así es como, a medida que nuestro Universo fue envejeciendo, la cantidad de estos elementos más pesados fue aumentando. Gracias a las bajas concentraciones de elementos más pesados, GNM proporciona información sobre los procesos químicos que ocurrían cuando el Universo era más joven.