ALMA observa transformación de embriones estelares en estrellas bebés

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos hizo un censo de los embriones estelares de la constelación de Tauro y reveló su estado de evolución. Este censo permite a los investigadores entender cómo y cuándo estos embriones se convierten en jóvenes estrellas dentro de su bolsa de gas. Asimismo, los científicos descubrieron un chorro bipolar de gas que podría ser la prueba del nacimiento de una estrella.

Las estrellas se forman a partir de la contracción gravitacional de nubes de gas. Los núcleos de estas nubes moleculares, donde el gas es más denso, son verdaderas incubadoras de estrellas, repartidas a lo largo de la Vía Láctea. La nube molecular de Tauro es una de esas incubadoras, y muchos telescopios ya la han observado. Esas observaciones habían revelado que algunos núcleos son embriones estelares, mientras que otros ya contienen una joven estrella.

El equipo de investigación encabezado por Kazuki Tokuda, astrónomo de la Universidad de la Prefectura de Osaka y del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), aprovechó la capacidad de ALMA para estudiar la estructura interna de los embriones estelares. Los astrónomos observaron 32 núcleos sin estrellas y 9 núcleos con protoestrellas, y detectaron ondas de radio en los nueve núcleos habitados, pero solo 12 de los otros 32 núcleos emitían señales. El equipo concluyó que estos 12 embriones ya desarrollaron estructuras internas y se encuentran más evolucionados que los 20 núcleos donde no se detectó actividad.

“De forma general, los interferómetros de radio con muchas antenas, como ALMA, no son tan buenos para observar objetos sin estructuras como los embriones estelares”, explica Kazuki Tokuda. “Pero en nuestras observaciones usamos solo las antenas de 7 metros de ALMA. Este conjunto más compacto nos permite estudiar objetos con estructuras lisas, y nos ha proporcionado información sobre la estructura interna de los embriones estelares, como esperábamos”.

Al aumentar el espacio entre las antenas de un radiointerferómetro se mejora la resolución, pero se vuelve más difícil detectar objetos extensos. Al contrario, los conjuntos compactos alcanzan resoluciones inferiores, pero permiten ver objetos más amplios. De ahí que el equipo haya usado el conjunto compacto de antenas de 7 metros de ALMA, conocido como Morita Array, en vez del conjunto más amplio de antenas de 12 metros.

Así, los astrónomos descubrieron que había una diferencia entre ambos grupos en términos de densidad de gas en el centro de los densos núcleos. Cuando la densidad de estos núcleos alcanza cierto umbral, de aproximadamente un millón de moléculas de hidrógeno por centímetro cúbico, su gravedad convierte el embrión en una estrella.

Estos censos también son útiles para encontrar objetos raros. El equipo se percató de que uno de los embriones estelares tenía un débil pero claro flujo de gas bipolar, más bien pequeño, y no detectó ninguna fuente infrarroja en su denso núcleo. Estas características coinciden con las predicciones teóricas de un “primer núcleo hidrostático”, un objeto efímero que surge justo antes del nacimiento de las estrellas. “Se han identificado varios candidatos a núcleos hidrostáticos en otras regiones”, explica Kakeru Fujishiro, miembro del equipo de investigación. “Esta es la primera vez que se identifica en la región de Tauro. Es un buen lugar para seguir observando”.

Kengo Tachihara, profesor asociado de la Universidad de Nagoya, comenta el papel de los investigadores japoneses en el estudio. “Las estrellas recién nacidas y los embriones estelares de Tauro han sido estudiados por astrónomos japoneses desde la década de los noventa con el radiotelescopio de 4 m Nagoya y el radiotelescopio de 45 m Nobeyama. En tanto, el conjunto de 7 metros de ALMA fue desarrollado por Japón. Estos resultados son en parte el desenlace de todo ese trabajo”.

“Hemos logrado ilustrar la evolución de los embriones estelares hasta su nacimiento, y ahora hemos consagrado el método de investigación”, resume Kazuki Tokuda. “Este es un paso importante para entender a cabalidad los procesos de formación estelar”.

Los resultados de esta observación se recogen en dos artículos publicados el 7 de agosto de 2020:

– K. Tokuda et al. “FRagmentation and Evolution of Dense Cores Judged by ALMA (FREJA). I (Overview). Inner ~1,000 au Structures of Prestellar/Protostellar Cores in Taurus” (‘Fragmentación y evolución de densos núcleos observados con ALMA (FREJA). I (Descripción). Estructuras internas de ~1.000 UA de los núcleos protoestelares y preestelares de Tauro’), The Astrophysical Journal.

– K. Fujishiro et al. “A Low-velocity Bipolar Outflow from a Deeply Embedded Object in Taurus Revealed by the Atacama Compact Array” (‘Flujo bipolar de baja velocidad en objeto profundamente arraigado en Tauro revelado por el Atacama Compact Array’), The Astrophysical Journal Letters.

El equipo de investigación estuvo integrado por Kazuki Tokuda (Universidad de la Prefectura de Osaka/Observatorio Astronómico Nacional de Japón), Kakeru Fujishiro (Universidad de Nagoya), Kengo Tachihara (Universidad de Nagoya), Tatsuyuki Takashima (Universidad de la Prefectura de Osaka), Yasuo Fukui (Universidad de Nagoya), Sarolta Zahorecz (Universidad de la Prefectura de Osaka/Observatorio Astronómico Nacional de Japón), Kazuya Saigo (Observatorio Astronómico Nacional de Japón), Tomoaki Matsumoto (Universidad Hosei), Kengo Tomida (Universidad de Tohoku), Masahiro N. Machida (Universidad de Kyushu), Shu-ichiro Inutsuka (Universidad de Nagoya), Philippe André (CEA Saclay), Akiko Kawamura (Observatorio Astronómico Nacional de Japón) y Toshikazu Onishi (Universidad de la Prefectura de Osaka).

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), socio de ALMA en nombre de Asia del Este.

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.

Imagen infrarroja de campo amplio de la nube molecular de Tauro obtenida por el Observatorio Espacial Herschel y embriones estelares observados con ALMA (recuadros). Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tokuda et al., ESA/Herschel

Representación artística de una nube de gas con núcleos calientes observados por ALMA. Crédito: N. Lira – ALMA (NRAO/NAOJ/ESO)

Simulación informática de la evolución de un denso núcleo transformándose en un núcleo hidrostático. Las observaciones actuales de ALMA detectaron el denso núcleo (en rojo). Esta simulación se realizó con el supercomputador ATERUI-II, operado por NAOJ. / Créditos: Tomoaki Matsumoto (Universidad Hosei)