Gigantes giratorias: observan nacimiento de un sistema binario estelar masivo

18 marzo, 2019

Artículo Científico

Un equipo de científicos del RIKEN Cluster for Pioneering Research,de Japón, la Chalmers University of Technology,de Suecia, y la Universidad de Virginia, de Estados Unidos, y sus colaboradores usaron el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar una nube molecular en proceso de colapso y la formación de dos protoestrellas masivas que terminarán convirtiéndose un un sistema estelar binario.

Aunque se sabe que la mayoría de las estrellas masivas tienen compañeras que orbitan a su alrededor, hasta ahora se desconocían las causas de este fenómeno. No se sabía, por ejemplo, si estas estrellas nacían juntas a partir de un disco de gas giratorio en el centro de una nube en proceso de colapso o si se juntaban posteriormente en un cúmulo lleno de estrellas.

Entender el proceso de formación de las estrellas binarias ha sido una tarea complicada, pues las protoestrellas de estos sistemas aún están envueltas en una espesa nube de polvo y gas que impide el paso de casi toda la luz. Afortunadamente, se pueden observar estas protoestrellas a través de las ondas de radio, siempre y cuando se obtenga una resolución espacial suficiente.

En esta investigación, publicada en la revista Nature Astronomy, los investigadores dirigidos por Yichen Zhang, del RIKEN Cluster for Pioneering Research, y Jonathan C. Tan, de la Chalmers University y la Universidad de Virginia, usaron ALMA para observar en alta resolución espacial una zona incubadora de estrellas conocida como IRAS07299-1651, ubicada a 1,68 kiloparsecs de distancia, o unos 5.500 años luz.

Las observaciones revelaron que en esta temprana etapa la nube ya contenía dos objetos: una estrella central “primaria” y otra “secundaria”, también de gran masa, en proceso de formación. Es la primera vez que el equipo de investigación pudo usar estas observaciones para deducir el comportamiento del sistema. Las observaciones mostraron que las dos estrellas en formación están separadas por unas 180 unidades astronómicas (UA), es decir, cerca de 180 veces la distancia que separa la Tierra del Sol. En otras palabras, están bastante alejadas. Actualmente orbitan una alrededor de la otra en un período de casi 600 años y tienen una masa total al menos 18 veces superior a la de nuestro Sol.

“Es un hallazgo emocionante porque hacía tiempo que nos preguntábamos si las estrellas formaban sistemas binarios durante el colapso inicial de la nube incubadora o si lo hacían posteriormente”, explica Zhang. “Nuestras observaciones muestran claramente que la división en estrellas binarias sucede al comienzo, cuando aún están en su infancia”.

Otro hallazgo del estudio es que las estrellas binarias provienen del mismo disco, que se alimenta de una nube que está colapsando y propiciando un escenario donde la estrella secundaria se forma a partir de la fragmentación del disco que originalmente rodeaba a la estrella primaria. Esto permite a la protoestrella secundaria (que al principio era más pequeña) “robarle” materia a su hermana hasta que ambas alcanzan una masa similar.

“Este es un hallazgo importante para entender el nacimiento de las estrellas masivas”, agrega Tan. “Son estrellas importantes en todo el Universo, cuando menos porque producen, al final de sus vidas, los elementos pesados que componen nuestra Tierra y están en nuestros cuerpos”, prosigue. “Lo importante ahora es ver otros ejemplos y saber si es una situación única o si es recurrente en el nacimiento de las estrellas masivas”.

Información adicional

Los resultados de esta investigación se consignaron en el artículo “Dynamics of a massive binary at birth” (‘Dinámicas de una binaria masiva al nacer’), de Yichen Zhang, Jonathan C. Tan, Kei E. I. Tanaka, James M. De Buizer, Mengyao Liu, Maria T. Beltrán, Kaitlin Kratter, Diego Mardones y Guido Garay, publicado en la revista Nature Astronomy. Doi: 10.1038/s41550-019-0718-y.

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.

RIKEN es el instituto de investigación básica y aplicada más grande de Japón. Todos los años los investigadores de RIKEN publican más de 2.500 artículos en prestigiosas revistas científicas y tecnológicas en los que se abarca un amplio abanico de disciplinas como la física, la química, la biología, la ingeniería y las ciencias médicas. Las condiciones de investigación ofrecidas por RIKEN y el gran énfasis puesto en la colaboración y la globalización interdisciplinaria le han valido una reputación internacional de excelencia científica. http://www.riken.jp/en/

En el RIKEN Pioneering Research Cluster, los investigadores más sobresalientes y que muestran cualidades de liderazgo se desempeñan como jefes de laboratorio, donde llevan a cabo estudios innovadores, incursionan en nuevas áreas de investigación y realizan estudios que sortean las barreras disciplinarias y organizacionales.

Imágenes y videos

Imagen generada por ALMA de la incubadora de estrellas IRAS-07299, con el sistema binario masivo en el centro. La imagen de fondo muestra flujos de gas densos y polvorientos (representados en verde) que parecen fluir hacia el centro. En azul se muestra el movimiento del gas, reflejado en las moléculas de metanol, que se desplaza hacia nosotros, y en rojo se muestra el gas que se aleja. En el recuadro se aprecia un acercamiento del sistema binario masivo en formación, con la protoestrella primaria, más brillante, que se desplaza hacia nosotros, representada en azul, mientras que la protoestrella secundaria, más tenue, se ve en rojo, alejándose de nosotros. Las líneas punteadas en azul y rojo representan las órbitas de ambas estrellas alrededor de su centro de masa (representado por la cruz).

Imagen generada por ALMA de la incubadora de estrellas IRAS-07299, con el sistema binario masivo en el centro. La imagen de fondo muestra flujos de gas densos y polvorientos (representados en verde) que parecen fluir hacia el centro. En azul se muestra el movimiento del gas, reflejado en las moléculas de metanol, que se desplaza hacia nosotros, y en rojo se muestra el gas que se aleja. En el recuadro se aprecia un acercamiento del sistema binario masivo en formación, con la protoestrella primaria, más brillante, que se desplaza hacia nosotros, representada en azul, mientras que la protoestrella secundaria, más tenue, se ve en rojo, alejándose de nosotros. Las líneas punteadas en azul y rojo representan las órbitas de ambas estrellas alrededor de su centro de masa (representado por la cruz).

 

Video realizado con imágenes obtenidas por ALMA donde se aprecian los flujos de gas detectados a partir de las moléculas de metanol, con diferentes velocidades de líneas de visión coloridas, alrededor del sistema protoestelar binario. La imagen gris de fondo muestra la distribución general de las emisiones de polvo de los densos flujos de gas en todas las velocidades.

Video realizado con imágenes obtenidas por ALMA donde se aprecian los flujos de gas detectados a partir de las moléculas de metanol, con diferentes velocidades de líneas de visión coloridas, alrededor del sistema protoestelar binario. La imagen gris de fondo muestra la distribución general de las emisiones de polvo de los densos flujos de gas en todas las velocidades.