18 Sep Chorros estelares: Webb revela el nacimiento de estrellas masivas

El telescopio espacial James Webb ha captado en luz infrarroja unos espectaculares chorros estelares en el protocúmulo estelar Sh2-284, ofreciendo así nuevas pistas sobre el nacimiento y evolución de las estrellas masivas.

Con una extensión de 8 años luz, la longitud de la erupción estelar es aproximadamente el doble de la distancia entre nuestro Sol y el cercano sistema de Alfa Centauri. El tamaño y la potencia de estos chorros estelares, conocidos como Sh2-284, los convierten en un raro fenómeno.

Un hallazgo fortuito del Webb

El flujo se desplaza por el espacio a cientos de miles de kilómetros por hora. La protoestrella central, con una masa equivalente a diez soles, se encuentra a 15 mil años luz, en los límites exteriores de nuestra galaxia.

El hallazgo de Webb fue fortuito. “En realidad no sabíamos que existía una estrella masiva con este tipo de superchorro antes de la observación. Un flujo tan espectacular de hidrógeno molecular desde una estrella masiva es raro en otras regiones de nuestra galaxia”, explica Yu Cheng, autor principal del Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

Objetos Herbig-Haro (HH)

Esta clase única de fuegos artificiales cósmicos, llamados objetos Herbig-Haro (HH), son chorros estelares de plasma altamente colimados que emergen de estrellas en formación.

Dichos flujos representan un espectacular “anuncio de nacimiento” de la estrella al Universo. Parte del gas que cae sobre la estrella central es expulsado a lo largo de su eje de giro, probablemente bajo la influencia de campos magnéticos.

Hoy se han observado más de 300 objetos HH, aunque en su mayoría procedentes de estrellas de baja masa. Estos chorros estelares en forma de huso ofrecen pistas sobre la naturaleza de las estrellas recién formadas.

La energía, la estrechez y las escalas temporales evolutivas de los objetos HH ayudan a restringir los modelos sobre el entorno y las propiedades físicas del joven objeto estelar que impulsa el flujo.

Los chorros estelares escalan con la masa de su estrella

“Me sorprendió mucho el orden, la simetría y el tamaño del chorro cuando lo vimos por primera vez”, comenta Jonathan Tan, coautor de la Universidad de Virginia en Charlottesville y de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Gotemburgo, Suecia.

Su detección demuestra que los chorros estelares deben escalar con la masa de la estrella que los impulsa. Cuanto más masiva sea la estrella que actúa como motor, mayor será la magnitud del flujo.

La detallada estructura filamentaria del chorro, captada por la nítida resolución de Webb en luz infrarroja, evidencia que el flujo atraviesa el polvo y gas interestelar. Esto genera nudos separados, ondas de choque en forma de arco y cadenas lineales.

Las puntas de los chorros estelares, que se extienden en direcciones opuestas, encapsulan la historia de la formación estelar. “Originalmente, el material estaba cerca de la estrella, pero a lo largo de 100.000 años las puntas se han ido propagando hacia afuera, y lo que queda detrás corresponde a un flujo más joven”, señala Tan.

Un análogo del Universo temprano

A casi el doble de distancia del centro galáctico respecto a nuestro Sol, el protocúmulo estelar que alberga este voraz chorro se encuentra en la periferia de la Vía Láctea.

En el cúmulo todavía se están formando algunos cientos de estrellas. Estar en las afueras galácticas implica que estas estrellas son pobres en elementos más pesados que el hidrógeno y el helio.

Esto se mide como metalicidad, que aumenta gradualmente con el tiempo cósmico a medida que cada generación de estrellas expulsa los productos finales de la fusión nuclear mediante vientos y supernovas.

La baja metalicidad de Sh2-284 refleja su naturaleza relativamente prístina, convirtiéndolo en un análogo local de los entornos del Universo temprano, también pobres en elementos pesados.

“Los exquisitos datos de Webb también nos han mostrado que parecen formarse relativamente más estrellas de baja masa en Sh2-284 que en cúmulos más cercanos y ricos en metales”, afirma Morten Andersen, coautor del Observatorio Europeo Austral y autor principal de un segundo artículo sobre los datos de Webb. “Este cúmulo es una excelente región para ayudarnos a comprender la formación estelar en todo el Universo”.

“Las estrellas masivas, como la encontrada dentro de este cúmulo, tienen una influencia muy importante en la evolución de las galaxias. Nuestro descubrimiento arroja luz sobre el mecanismo de formación de estrellas masivas en entornos de baja metalicidad, por lo que podemos utilizar esta estrella como un laboratorio para estudiar lo que ocurría en épocas más tempranas de la historia cósmica”, añade Cheng.

Teorías sobre la formación de estrellas masivas

Los chorros estelares, impulsados por la energía gravitacional liberada mientras la estrella gana masa, codifican la historia de formación de la protoestrella.

“Las nuevas imágenes del Webb nos indican que la formación de estrellas masivas en estos entornos podría desarrollarse mediante un disco relativamente estable alrededor de la estrella, como predicen los modelos teóricos de formación estelar conocidos como acreción en el núcleo”, dice Tan.

“Una vez que encontramos una estrella masiva lanzando estos chorros estelares, nos dimos cuenta de que podíamos usar las observaciones de Webb para poner a prueba las teorías de formación de estrellas masivas. Desarrollamos nuevos modelos teóricos de acreción en el núcleo ajustados a los datos, para determinar qué tipo de estrella está en el centro. Estos modelos indican que la estrella tiene unas 10 veces la masa del Sol, aún está creciendo y ha estado impulsando este flujo”.

Acreción en el núcleo vs. acreción competitiva

Durante más de 30 años, los astrónomos han debatido sobre cómo se forman las estrellas masivas. Algunos piensan que requieren un proceso muy caótico, llamado acreción competitiva.

En el modelo de acreción competitiva, el material cae desde muchas direcciones distintas, de modo que la orientación del disco cambia con el tiempo. El flujo se lanza perpendicularmente, por encima y por debajo del disco, por lo que también parecería torcerse en diferentes direcciones.

“Sin embargo, lo que hemos visto aquí, porque tenemos toda la historia, es que los lados opuestos de los chorros estelares están casi a 180 grados entre sí. Eso nos indica que el disco central se mantiene estable, validando así una predicción de la teoría de acreción en el núcleo”, añade Tan.

Donde hay una estrella masiva, podría haber otras en esta frontera exterior de la Vía Láctea. Puede que otras estrellas masivas aún no hayan alcanzado el punto de emitir estos chorros estelares en forma de “bengala romana”.

Datos del Atacama Large Millimeter Array en Chile, también presentados en este estudio, han revelado otro núcleo estelar denso que podría estar en una etapa más temprana de construcción.

Fuente: Webb observes immense stellar jet on outskirts of our Milky Way