Se hallan más de trescientos discos de formación de planetas en estrellas jóvenes en las nubes de Orión
Los radiotelescopios ALMA y VLA se adentran en las nubes de Orión, un vivero estelar que revela cómo las estrellas recién nacidas evolucionan y desarrollan discos protoplanetarios. Investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) participan en el trabajo, que constituye el mayor muestreo de este tipo realizado hasta la fecha.
ALMA y el VLA observaron más de trescientas protoestrellas y sus discos protoplanetarios jóvenes en Orión. Esta imagen muestra un subconjunto de estrellas, incluidos algunas binarias. Los datos de ALMA y VLA se complementan entre sí: ALMA ve la estructura del disco externo (en azul), y el VLA observa los discos internos y los núcleos estelares (naranja). / ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), J. Tobin; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Las estrellas se forman en las nubes moleculares, enormes nubes de gas (con un pequeño porcentaje del polvo) que puede contener masa suficiente para generar miles, e incluso millones, de estrellas como el Sol. Los embriones de las futuras estrellas se encuentran ocultos en el interior de estas nubes, por lo que la observación del proceso de formación estelar, así como de los discos a partir de los que nacen los planetas, resulta difícil. Ahora, un equipo internacional de astrónomos ha completado el mayor muestreo de estrellas recién nacidas desarrollado hasta la fecha, con más de trescientos discos protoplanetarios descubiertos.
CÓMO SE FORMAN LAS ESTRELLAS
Según los modelos de formación estelar, el nacimiento de las estrellas comienza con la fragmentación de la nube. Cada fragmento sufrirá un lento proceso de contracción hasta que se forma el embrión estelar, o protoestrella, que crece acumulando material mediante un disco en rotación a su alrededor. Simultáneamente, la estrella expulsa el material sobrante a lo largo de su eje polar en forma de un potente chorro, que estabiliza su rotación y permite que siga creciendo.
Sin embargo, estas primeras etapas de la formación de las estrellas aún presentan incógnitas. “Gracias a la potente instrumentación actual, como los radiotelescopios ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) y VLA (Very Large Array), podemos observar etapas cada vez más tempranas en el proceso de formación de las estrellas, cuando aún conviven potentes expulsiones de materia con el desarrollo de discos a su alrededor, que constituyen la semilla de posibles sistemas planetarios”, comenta Ana Karla Díaz-Rodríguez, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía que participa en el trabajo.
Esta imagen muestra las nubes moleculares de Orión, el objetivo del estudio. Los puntos amarillos señalan la ubicación de las protoestrellas observadas en una imagen de fondo tomada por Herschel. Los paneles laterales muestran nueve protoestrellas jóvenes fotografiadas por ALMA (azul) y el VLA (naranja). Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), J. Tobin; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello; Herschel / ESA.
“Estos resultados, con la detección de cientos de sistemas planetarios en las nubes de Orión, ilustran muy bien la diversidad de condiciones físicas en las que puede ocurrir este proceso. Orión es una región rica en estrellas jóvenes, donde conviven protoestrellas de alta y de baja masa, y cuya formación tiene lugar tanto de forma aislada como en grupo, por lo que su estudio es de gran relevancia para este campo”, comenta Mayra Osorio, investigadora del IAA-CSIC que participa en el resultado.
La muestra obtenida ha permitido, por ejemplo, comparar la masa y el tamaño medio de los discos protoplanetarios jóvenes con discos en un estado evolutivo más avanzado. Los investigadores han hallado que, aunque todos muestran un tamaño similar, los discos jóvenes son mucho más masivos, lo que apunta a que los planetas más grandes se forman en etapas muy tempranas de la formación estelar.
PROTOESTRELLAS PECULIARES
Entre los cientos de imágenes de la muestra destacan cuatro objetos, que presentan una forma irregular y “grumosa” y son opacas incluso a las ondas de radio, lo que podrían ser indicios de que se hallan en un estadio anterior al de protoestrella.
Para definirse como una protoestrella típica, las estrellas no solo deben tener un disco plano a su alrededor, sino también el chorro bipolar que libera material, pero aún se desconoce en qué momento de la formación de la estrella se genera el chorro.
Este esquema muestra un posible escenario para la formación de protoestrellas (fila superior), basada en cuatro protoestrellas muy jóvenes (fila inferior) observados por VLA (naranja) y ALMA (azul). (1) Un fragmento de gas y polvo en proceso de colapso. (2) Una región opaca comienza a formarse en la nube. (3) Un núcleo hidrostático comienza a formarse debido a un aumento en la presión y la temperatura, rodeado por una estructura en forma de disco y con el comienzo de un flujo de salida. (4) Formación de una protoestrella de clase 0 dentro de la región opaca, con un disco y chorros mejor definidos. (5) Protoestrella típica de clase 0 con flujos de salida que han atravesado la envoltura (haciéndolo ópticamente visible), un disco que agrega materia de forma activa y rotacionalmente compatible. En la fila inferior, los contornos blancos son los chorros de la protoestrella tal y como se observan con ALMA. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), N. Karnath; NRAO / AUI / NSF, B. Saxton y S. Dagnello.
Por ejemplo, una de las estrellas del estudio, HOPS 404, muestra un flujo de material que se mueve a dos kilómetros por segundo, cuando la velocidad típica en estas estructuras es de entre diez y cien kilómetros por segundo. “Estamos ante un gran e hinchado sol que todavía está acumulando masa, pero que acaba de comenzar a expulsar materia para perder momento angular y poder seguir creciendo –apunta Nicole Karnath, investigadora de la Universidad de Toledo (Ohio, EEUU) que encabeza uno de los dos artículos publicados–. Se trata de uno de los flujos más pequeños que hemos visto, y se presenta como una de las primeras etapas en la formación de una protoestrella”.
Estos cuatro objetos representan una rareza y, aunque los investigadores no pueden confirmar su edad, estiman que tienen menos de diez mil años. Para las estrellas como el Sol, se cree que el proceso de contracción gravitatoria finaliza pasados los diez millones de años, momento en el que comienzan las reacciones termonucleares que definen a una estrella propiamente dicha. Estamos, así, ante objetos verdaderamente jóvenes.
