Formación estelar: entre nubes moleculares y discos protoplanetarios #Ciencia

La fragmentación de nubes moleculares representa uno de los factores clave para entender la evolución temprana de las protoestrellas, la primera fase de la formación estelar y objeto de observaciones para investigadores del Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México (IAUNAM-E), campus Ensenada.

Documentar el proceso de formación de estrellas desde su nacimiento hasta su "juventud" es el propósito de observaciones específicas en torno a nubes moleculares que las albergan, así como de la interacción e influencia que ejercen las estrellas recién formadas con material remanente de la densa nube de polvo.

El doctor Mauricio Tapia Ibargüengoitia, astrónomo del IAUNAM-E, estudia el colapso y fragmentación de nubes moleculares en las que nacen estrellas, dentro de la Vía Láctea.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, expuso que estos fragmentos de la nube molecular se contraen hasta formar un núcleo denso en su centro y que, debido a la rotación de la propia nube, la estructura periférica se va “aplastando” hasta formar un disco delgado a su alrededor.

“Ese disco, a su vez, luego puede llegar a fragmentarse para formar sistemas planetarios. Al plantear teorías que expliquen los detalles de la física involucrada en estos procesos, se debe prestar particular atención a las peculiaridades que proveen las nuevas y cada vez más finas observaciones de regiones de formación estelar”.

La observación de estos objetos se torna compleja, en parte debido a las grandes cantidades de polvo del que están rodeados y que tiene la propiedad de absorber de manera selectiva la luz estelar, con un efecto neto de enrojecimiento y debilitamiento de su brillo. 

Es por esto que los astrónomos optan por observar estas regiones, no en el intervalo espectral visible, sino en frecuencias que corresponden al infrarrojo y de radio, radiación mucho menos afectada por el polvo interestelar; a partir de estas observaciones logran determinar algunas de las propiedades de los granos de polvo interestelar.

En una de las investigaciones más recientes, Mauricio Tapia y sus colaboradores lograron comprobar que dentro de nubes moleculares de tamaños medianos y grandes, las estrellas de alta masa que se han formado como una primera generación, pueden interaccionar con los restos de la propia nube de polvo y gas denso, estimulando así la formación de una segunda y hasta una tercera generación de estrellas en las regiones de mayor densidad.

Los resultados de sus estudios fueron publicados en enero de este año en el artículo The star-forming cores in the centre of the Trifid nebula (M 20): from Herschel to the near-infrared de la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Estrellas jóvenes y discos protoplanetarios
Los estudios de formación estelar desarrollados en el IAUNAM-E no solo abarcan la observación de nubes moleculares y la interacción de las estrellas con el polvo que las rodea, que es por sí mismo fuente de una gran multiplicidad de preguntas de investigación para los astrónomos.

La observación de estrellas jóvenes cobra importancia también porque en ellas es posible detectar discos protoplanetarios, es decir, sistemas planetarios en formación.

El doctor Jesús Hernández, investigador del IAUNAM-E, explicó que el estudio de la formación estelar puede consistir en analizar estadísticamente diferentes grupos de estrellas jóvenes y además se pueden obtener descripciones detalladas de estrellas de interés. 

“Si el disco protoplanetario evoluciona y uno sabe la edad entre los grupos estelares y esos grupos estelares tienen diferentes edades, uno espera ver un decaimiento en el exceso infrarrojo a medida que estamos considerando estrellas cada vez más viejas”.

Ejemplificó que a través de la estadística se puede concluir, por ejemplo, que cuando las estrellas tienen un millón de años de edad, 80 por ciento cuenta con un disco protoplanetario; cuando tienen cinco millones de años, la cantidad de estrellas con disco es de 20 por ciento y cuando tienen 10 millones de años, es alrededor de cinco por ciento.

“Entonces se ve un decaimiento en la cantidad de estrellas que todavía tienen un disco detectable. Ese tipo de estudios estadísticos se realiza de manera global con muchas estrellas”.  

Jesús Hernández menciona que en un sistema con disco protoplanetario hay dos contribuciones de luz: la contribución de la estrella que es detectable en el óptico y la contribución del disco, que se detecta en el infrarrojo.

Es precisamente esa contribución en el infrarrojo la que los astrónomos buscan detectar, pues si la estrella no tiene disco, su brillo es relativamente débil en el infrarrojo, pero si tiene discos protoplanetarios, se detecta mayor contribución infrarroja a la esperada con una estrella sin disco.

“Uno puede hacer modelos y ver cómo es la estructura, tamaño e inclusive la composición química de ese disco protoplanetario, porque los espectros en el infrarrojo muestran rastros característicos de polvo como silicatos y grafitos, que son los más comunes en el medio interestelar”.

¿Cómo localizar estrellas jóvenes?
Si observar estrellas jóvenes es tan importante para estudiar la formación de estrellas y planetas, entonces ¿cómo identificarlas?

El doctor Jesús Hernández comenta que una de las observaciones que ayudan a localizar estrellas jóvenes son las nubes moleculares, ya que su presencia se asocia con la formación estelar e incluso se les conoce como nubes progenitoras de estrellas.

Otra característica que indica a los astrónomos la presencia de estrellas jóvenes es su comportamiento. De forma similar como ocurre con los humanos, las estrellas jóvenes son activas e inquietas, lo que se refleja en la variabilidad de su brillo.

“Esa variabilidad en el brillo también es un indicador de que estamos trabajando con estrellas jóvenes, esas estrellas si están en cúmulo y son inquietas, probablemente tengan un origen similar”.    

El investigador apuntó que los estudios en formación estelar se centran en objetos denominados estrellas presecuencia principal, que son aquellas que aún no han alcanzado la temperatura en su núcleo para convertir hidrógeno (H) a helio (He).

“El Sol, que tiene cuatro mil 600 millones de años, está quemando hidrógeno en su núcleo y esa es la principal fuente de energía. La fuente de energía de estas estrellas jóvenes es el mismo colapso, cuando se colapsa concentra más la energía gravitacional y parte de esa energía gravitacional se queda en la estrella pero otra parte la radia al universo y eso es lo que nosotros captamos como brillo”, comparó.

La distancia, otro factor
Otro criterio importante que los astrónomos del IAUNAM-E toman en cuenta para la selección de los objetos que observarán, es la distancia.

Jesús Hernández detalla que la distancia es uno de los parámetros más difíciles de medir; sin embargo, las observaciones del satélite Gaia, lanzado en 2013 por la Agencia Espacial Europea, están creando un catálogo con las distancias precisas de un billón de estrellas.

“Gaia, el proyecto que está dando todas esas distancias precisas, está ayudando con esa incertidumbre que teníamos hasta el momento con la distancia. La distancia lo que me va a decir es qué tan brillante es realmente la estrella”.

Estos nuevos datos representan para los astrónomos que estudian la formación estelar, un acercamiento para conocer con mayor precisión el brillo absoluto de las estrellas.

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