Núcleos de nubes sin estrellas revelan por qué algunas estrellas son más grandes

20 diciembre, 2013

La existencia de las estrellas masivas, con masas que superan al menos en ocho veces la de nuestro Sol, es un gran misterio: no se sabe por qué crecen tanto, cuando la gran mayoría de las estrellas de la Vía Láctea son mucho más pequeñas.

Con el fin de responder a esta interrogante, un equipo de astrónomos usó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudiar los núcleos de algunas de las nubes más oscuras, frías y densas de nuestra galaxia en busca de indicios reveladores sobre el proceso de formación estelar. Estos objetos, conocidos como nubes oscuras infrarrojas, fueron observados a cerca de 10.000 años-luz de distancia en dirección de las constelaciones de Aquila y Scutum.

Como estas nubes tienen núcleos tan masivos y densos, la gravedad ya debería haber superado la presión del gas que las mantienen en ese estado y permitido que colapsaran para formar nuevas estrellas con masas similares a la de nuestro Sol. Pero si todavía no hay una estrella en su lugar, significa que hay algo más que mantiene la estructura de la nube tal como está.

«La presencia de un núcleo sin estrellas podría ser un indicio de alguna fuerza que contrarresta la gravedad y regula el proceso de formación de estrellas, permitiendo la acumulación de grandes cantidades de material, en una versión a mayor escala del fenómeno que permitió el nacimiento de nuestro Sol», señala Jonathan Tan, astrofísico de la Universidad de Florida (Gainesville) y autor principal de un artículo publicado en el Astrophysical Journal. «De esto se desprende que las estrellas masivas y con masas similares a la del Sol nacen gracias a mecanismos universales de formación estelar. La única diferencia es el tamaño de la nube madre»,
 agrega.

Las estrellas comunes, como nuestro Sol, nacen de concentraciones densas —pero con masas relativamente pequeñas— de hidrógeno, helio y otros elementos presentes dentro de grandes nubes moleculares. Una vez que se forma un núcleo a partir del gas circundante, el material atraído por la gravedad comienza a colapsar en el centro de manera relativamente ordenada y a formar un disco de acreción donde pueden nacer planetas. Cuando se acumula masa suficiente, se produce una fusión nuclear en el núcleo y nace una estrella.

Si bien este modelo de formación estelar explica la existencia de la gran mayoría de las estrellas de nuestra Vía Láctea, falta un eslabón que explique la formación de estrellas masivas. «Tiene que haber una fuerza adicional que equilibre el proceso normal de colapso, de lo contrario nuestra Galaxia tendría una población estelar bastante uniforme —asegura Tan—. Sin embargo, también se ha postulado la necesidad de tener dos modelos de formación estelar: uno para las estrellas similares a nuestro sol y otro para estas estrellas masivas» said Tan. «Alternatively, there has been speculation that two separate models of star formation are needed: one for Sun-like stars and one for these massive stars.»
La clave para esbozar una posible respuesta está en encontrar ejemplos de núcleos masivos sin estrella que permitan estudiar el comienzo del proceso de nacimiento de las estrellas masivas.

El equipo de astrónomos, provenientes de Estados Unidos, Reino Unido e Italia, usó ALMA para observar estos núcleos en busca de un rasgo químico único determinado por la presencia del isotopo de deuterio, básicamente para medir las temperaturas de estas nubes y saber si allí se habían formado estrellas. El deuterio es importante porque tiende a combinarse con ciertas moléculas en condiciones de baja temperatura. Cuando las estrellas comienzan a brillar y calientan el gas circundante, el deuterio rápidamente se descompone y es sustituido por un isotopo más común: el hidrógeno.

Las observaciones realizadas con ALMA permitieron detectar grandes cantidades de deuterio, lo que demuestra que se trata de una nube fría y sin estrellas. Esto, a su vez, significa que hay una fuerza que contrarresta el colapso del núcleo y permite que pase tiempo suficiente para que nazca una estrella masiva. Los investigadores plantean que hay campos magnéticos intensos que pueden estar manteniendo la nube en su estado actual, impidiéndole que colapse rápidamente.

«Estas nuevas observaciones hechas con ALMA revelan la existencia de objetos bastante similares a las incubadoras donde nacen estrellas similares al Sol pero decenas de veces —o hasta cien veces— más grandes. Esto podría significar que el tipo de nube puede ser más importante que las condiciones de incubación entre los factores que determinan el tamaño de una estrella,»concluye Tan.

Estas observaciones se llevaron a cabo durante la etapa de Ciencia Inicial de ALMA. En el futuro, los estudios que se harán con el conjunto completo de 66 antenas permitirán revelar más detalles aún de estas zonas de formación estelar.

Información adicional

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.

Contacto:

Valeria Foncea 
Directora de Comunicaciones y Educación
Observatorio ALMA
Santiago, Chile
Tel: +56 2 2467 6258
E-mail: vfoncea@alma.cl