Nuevas observaciones confirman un paso importante en la formación de estrellas        

Por: Max Planck Society.

19 de octubre de 2023.

 

Impresión artística de la geometría del disco de acreción alrededor de la joven estrella y del viento que sale del disco giratorio. Crédito de la imagen: T. Müller, R. Launhardt (MPIA).

 

Nuevas observaciones han confirmado un paso clave en el proceso de formación estelar: un "viento cósmico" giratorio hecho de moléculas, que es de vital importancia para que las nubes de gas que colapsan se contraigan lo suficiente como para formar una estrella joven, densa y caliente. El resultado se obtuvo a partir de observaciones de radio, combinadas con un análisis sofisticado que permitió a los astrónomos sondear el flujo de materia alrededor de una estrella joven en la nube oscura CB26 con mayor detalle que nunca.

 

Las observaciones realizadas por Ralf Launhardt, líder de grupo del Instituto Max Planck de Astronomía, y sus colegas han determinado una parte importante del escenario estándar para la formación de nuevas estrellas: un mecanismo que explica cómo las nubes de gas pueden colapsar para dar origen a una nueva estrella, sin verse destrozados por su propia rotación en el proceso. Las nuevas estrellas se forman cuando el gas de una nube cósmica de hidrógeno colapsa bajo su propia gravedad y su temperatura aumenta.

 

Más allá de un cierto umbral de densidad y temperatura, se produce la fusión nuclear, con núcleos de hidrógeno fusionándose para formar núcleos de helio. La energía que se libera mediante este proceso es la que hace brillar a las estrellas. Pero hay una complicación, ninguna nube de gas en el cosmos está perfectamente quieta: todas las nubes giran al menos un poco. Cuando el gas se contrae, esa rotación se vuelve cada vez más rápida, los físicos llaman a esto "conservación del momento angular".

 

Para la formación de estrellas, esto significa un problema potencial. El giro rápido implica fuerzas centrífugas, que arrojan la materia lejos del eje de rotación. Para un paseo en columpio o en un carrusel de columpios, eso es parte de la diversión: a medida que el carrusel gira, las sillas sostenidas por cadenas de los pasajeros se lanzan hacia afuera. Para una protoestrella, por otro lado, las fuerzas centrífugas podrían ser fatales: si se arroja suficiente material a medida que la nube colapsa y acelera su giro, es posible que no quede suficiente para formar una protoestrella en primer lugar.

 

Esto se conoce como el "problema del momento angular" de la formación estelar. En la década de 1980 se encontró una solución teórica para al menos una gran parte del problema. A medida que cae materia adicional sobre la protoestrella central naciente, se forma el llamado disco de acreción: un disco giratorio plano de gas y polvo, cuya materia acabará cayendo sobre la protoestrella del centro. La física detrás de los discos de acreción es bastante complicada: parte del gas en el disco se convierte en plasma, y ​​los átomos de hidrógeno se separan en un electrón y un protón cada uno. A medida que el plasma gira en el disco, crea un campo magnético. Este campo influye a su vez en el flujo de plasma: una pequeña cantidad de plasma se desplaza a lo largo de las líneas del campo magnético.

 

De vez en cuando, las partículas de plasma a la deriva chocan con moléculas (eléctricamente neutras); el resultado es que parte del gas molecular también se elimina. Estas moléculas forman un "viento de disco", que puede quitarle un momento angular considerable al disco. La pérdida de momento angular ralentiza la rotación, disminuye las fuerzas centrífugas y podría resolver el problema del momento angular de la protoestrella. Este "viento de disco”, fue durante mucho tiempo una hipótesis plausible, hasta que en 2009, astrónomos del Instituto Max Planck de Astronomía detectaron pruebas provisionales de este flujo de masa.

 

Las observaciones de 2009 mostraron que el flujo de gas que salía de la joven estrella estaba efectivamente en movimiento, y en la forma justa que uno esperaría de un viento de disco giratorio que quitara el momento angular. Pero no pudieron proporcionar detalles suficientemente finos como para permitir algún juicio sobre la distancia desde la estrella a la que se lanzó el viento desde el disco, una propiedad clave (piense en "apalancamiento") que determina cuánto momento angular puede transportar el flujo de gas.

 

En estas nuevas observaciones, captadas desde el conjunto de antenas del interferómetro Plateau de Bure, se confirma finalmente el viento de disco como mecanismo, desarrollando un sofisticado modelo físico-químico del disco, que les permitió distinguir las contribuciones del disco y las contribuciones del viento del disco. Todo esto permitió a los astrónomos determinar las dimensiones del flujo en forma de cono: cerca del disco, el extremo inferior del cono tiene un radio de aproximadamente 1,5 veces la distancia entre la Tierra y Neptuno, más que suficiente para que el viento del disco lo arrastre.

 

Con estas mediciones, el argumento quedó confirmado: los vientos de disco pueden resolver la mayor parte del problema del momento angular de las protoestrellas. Launhardt y sus colegas también pudieron comparar sus mediciones con reconstrucciones indirectas de las dimensiones del viento del disco en otros nueve sistemas de discos estelares jóvenes que se habían publicado desde el artículo de 2009.

 

Fuente:

https://phys.org/news/2023-10-important-star-formation.html