Línea de nieve en retirada revela moléculas orgánicas alrededor de estrella joven

4 febrero, 2019

Artículo Científico

Gracias a ALMA, un equipo de astrónomos detectó varias moléculas orgánicas complejas alrededor de la joven estrella V883 Ori. Tras una erupción repentina, la estrella empezó a liberar moléculas presentes en el material helado del disco protoplanetario. La composición química del disco es similar a la de los cometas del Sistema Solar actual. La sensibilidad de ALMA permite a los astrónomos reconstituir la evolución de las moléculas orgánicas desde el nacimiento del Sistema Solar hasta los objetos que vemos hoy.

El equipo de investigación dirigido por Jeong-Eun Lee (Universidad Kyung Hee) usó el Atacama Large Millimeter/submillimeter(ALMA) para detectar moléculas orgánicas complejas como el metanol (CH3OH), la acetona (CH3COCH3), el acetaldehído (CH3CHO), el formiato de metilo (CH3OCHO) y el acetonitrilo (CH3CN). Esta es la primera vez que se detecta acetona de manera fehaciente en una región de formación planetaria, o disco protoplanetario.

Los discos protoplanetarios contienen partículas de polvo de apenas unos micrómetros que se encuentran cubiertas de moléculas congeladas. La repentina erupción de V883 Ori está ahora calentando el disco y sublimando el hielo, que libera estas moléculas en forma de gas. En un disco de este tipo, la región donde la temperatura alcanza el nivel de sublimación molecular se conoce como línea de nieve. El radio de las líneas de nieve suele ser de algunas unidades astronómicas (UA) alrededor de estrellas jóvenes y comunes, pero en las estrellas que hacen erupción pueden alcanzar 10 veces ese tamaño.

“Es difícil obtener imágenes de un disco de unas pocas unidades astronómicas con los telescopios actuales”, explica Lee. “Sin embargo, en una estrella que hace erupción, el hielo se derrite y se esparce en el disco, y se vuelve más fácil ver las distribución de las moléculas. A nosotros nos interesa la distribución de moléculas orgánicas complejas, que constituyen los componentes básicos de la vida”.

El hielo, junto con las moléculas orgánicas congeladas, podría guardar una estrecha relación con el surgimiento de la vida en los planetas. En nuestro Sistema Solar, los cometas acaparan la atención debido a la gran cantidad de componentes congelados que transportan. Por ejemplo, la famosa sonda Rosetta, de la Agencia Espacial Europea, detectó una rica composición química orgánica alrededor del cometa Churyumov-Gerasimenko. Se cree que los cometas se formaron en las regiones frías y más lejanas del proto-Sistema Solar, donde las moléculas estaban atrapadas en el hielo. El estudio de la composición química del hielo en los discos protoplanetarios está relacionado con el estudio del origen de las moléculas orgánicas en los cometas y del origen de los componentes básicos de la vida.

Gracias a la aguda visión de ALMA y de la línea de nieve expandida por la erupción de la estrella, los astrónomos pudieron observar la distribución espacial del metanol y del acetaldehído. La distribución de estas moléculas forma un anillo con un radio de 60 UA, el doble de la órbita de Neptuno. Los investigadores dan por sentado que, dentro de este anillo, las moléculas son invisibles debido a que son oscurecidas por el denso material, y fuera de él son invisibles porque están congeladas.

“Como los planetas rocosos y helados están hechos de material sólido, la composición química de los sólidos de los discos es especialmente importante. Las erupciones son oportunidades únicas para estudiar los sublimados fríos y, por consiguiente, la composición de los sólidos”, señala Yuri Aikawa, de la Universidad de Tokio, quien forma parte del equipo de investigación.

V883 Ori es una joven estrella ubicada a unos 1.300 años luz de la Tierra que está experimentando una erupción de tipo FU Orionis: un aumento repentino del brillo debido a un intenso chorro de material que fluye del disco a la estrella. Estos chorros generalmente no duran más de 100 años, de ahí que sean tan escasas las oportunidades para observarlos. Sin embargo, como las estrellas jóvenes experimentan erupciones de tipo FU Ori durante un largo período de su juventud, los astrónomos esperan poder determinar la composición química del hielo a lo largo de su evolución.

Nota: en otra observación realizada con ALMA (Van’t Hoff et al. 2018, ApJL, 864, 23), también se detectaron emisiones de CH3OH en V883 Ori. No obstante, la sensibilidad y la resolución de las observaciones habían sido insuficientes para determinar la estructura de la línea de nieve.

Información adicional

Los resultados de este estudio se publicaron en el artículo de Lee et al. titulado “The ice composition in the disk around V883 Ori revealed by its stellar outburst” (‘Composición del hielo en el disco que rodea V883 Ori revelada por erupción estelar’) en la revista Nature Astronomyel 4 de febrero de 2019.

El equipo de investigación estuvo integrado por:

Jeong-Eun Lee (Universidad Kyung Hee), Seokho Lee (Universidad Kyung Hee), Giseon Baek (Universidad Kyung Hee), Yuri Aikawa (Universidad de Tokio), Lucas Cieza (Universidad Diego Prtales), Sung-Yong Yoon (Universidad Kyung Hee), Gregory Herczeg (Universidad de Pekín), Doug Johnstone (NRC Herzberg Astronomy and Astrophysics), Simon Casassus (Universidad de Chile).

La investigación fue financiada por el Programa de Investigación Científica Básica de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (beca n.oNRF-2018R1A2B6003423), el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur en el marco de un programa de investigación y desarrollo del Ministerio de Ciencia, TIC y Planificación, JSPS KAKENHI (n.o16K13782 y 18H05222), una beca general (n.o11473005) de la Fundación Nacional de Ciencia de China, el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y fondos del Programa de Becas de Descubrimiento del Consejo Nacional de Investigación en Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá (NSERC).

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.

Imágenes

Imagen coloreada de V883 Ori generada por ALMA. La distribución del polvo se muestra en naranja, mientras que la distribución del metanol (una molécula orgánica) se muestra en azul. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Lee et al.

Imagen coloreada de V883 Ori generada por ALMA. La distribución del polvo se muestra en naranja, mientras que la distribución del metanol (una molécula orgánica) se muestra en azul. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Lee et al.

Interpretación artística del disco protoplanetario que circunda la joven estrella V883 Ori. La parte más alejada del disco es fría y contiene partículas de polvo cubiertas de hielo. ALMA detectó varias moléculas orgánicas complejas alrededor de la línea de nieve del disco. Créditos: Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

Interpretación artística del disco protoplanetario que circunda la joven estrella V883 Ori. La parte más alejada del disco es fría y contiene partículas de polvo cubiertas de hielo. ALMA detectó varias moléculas orgánicas complejas alrededor de la línea de nieve del disco. Créditos: Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

Esquema de la composición de los discos protoplanetarios en estado normal y en fase de erupción. V883 Ori está experimentando una erupción de tipo FU Orionis y el aumento de la temperatura del disco empuja la línea de nieve hacia el exterior, lo que hace que varias moléculas contenidas en el hielo se liberen en el gas. Crédito: Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

Esquema de la composición de los discos protoplanetarios en estado normal y en fase de erupción. V883 Ori está experimentando una erupción de tipo FU Orionis y el aumento de la temperatura del disco empuja la línea de nieve hacia el exterior, lo que hace que varias moléculas contenidas en el hielo se liberen en el gas. Crédito: Observatorio Astronómico Nacional de Japón.