ALMA y el VLA observaron más de 300 protoestrellas y sus jóvenes discos protoplanetarios en Orión. Esta imagen muestra un subconjunto de estrellas, incluyendo algunos binarios. Los datos de ALMA y VLA se complementan:ALMA ve la estructura del disco exterior (visualizada en azul), y el VLA observa los discos internos y los núcleos de estrellas (naranja). Crédito:ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), J. Tobin; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Un equipo internacional de astrónomos utilizó dos de los radiotelescopios más poderosos del mundo para crear más de trescientas imágenes de discos de formación de planetas alrededor de estrellas muy jóvenes en las Nubes de Orión. Estas imágenes revelan nuevos detalles sobre los lugares de nacimiento de los planetas y las primeras etapas de formación de estrellas.
La mayoría de las estrellas del universo están acompañadas de planetas. Estos planetas nacen en anillos de polvo y gas, llamados discos protoplanetarios. Incluso las estrellas muy jóvenes están rodeadas por estos discos. Los astrónomos quieren saber exactamente cuándo comienzan a formarse estos discos, y cómo se ven. Pero las estrellas jóvenes son muy débiles, y hay densas nubes de polvo y gas que los rodean en viveros estelares. Solo las matrices de radiotelescopios altamente sensibles pueden detectar los diminutos discos alrededor de estas estrellas nacientes en medio del material densamente empaquetado en estas nubes.
Para esta nueva investigación, Los astrónomos señalaron a Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation y Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) a una región en el espacio donde nacen muchas estrellas:las nubes moleculares de Orión. Esta encuesta, llamado Disco naciente y multiplicidad de VLA / ALMA (VANDAM), es la encuesta más grande de estrellas jóvenes y sus discos hasta la fecha.
Estrellas muy jóvenes, también llamadas protoestrellas, se forman en nubes de gas y polvo en el espacio. El primer paso en la formación de una estrella es cuando estas densas nubes colapsan debido a la gravedad. Mientras la nube se derrumba comienza a girar, formando un disco plano alrededor de la protoestrella. El material del disco continúa alimentando a la estrella y haciéndola crecer. Finalmente, Se espera que el material sobrante en el disco forme planetas.
Muchos aspectos sobre estas primeras etapas de formación estelar, y cómo se forma el disco, aún no están claros. Pero este nuevo estudio proporciona algunas pistas que faltan, ya que el VLA y ALMA observaron a través de las densas nubes y observaron cientos de protoestrellas y sus discos en varias etapas de su formación.
Las nubes moleculares de Orión, el objetivo de la encuesta VANDAM. Los puntos amarillos son las ubicaciones de las protoestrellas observadas en una imagen de fondo azul hecha 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
Discos jóvenes formadores de planetas
"Esta encuesta reveló la masa y el tamaño promedio de estos discos protoplanetarios muy jóvenes, "dijo John Tobin del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) en Charlottesville, Virginia, y líder del equipo de encuesta. "Ahora podemos compararlos con discos más antiguos que también se han estudiado intensamente con ALMA".
Lo que encontraron Tobin y su equipo, es que los discos muy jóvenes pueden tener un tamaño similar, pero son, en promedio, mucho más masivos que los discos más antiguos. "Cuando una estrella crece, devora cada vez más material del disco. Esto significa que los discos más jóvenes tienen mucha más materia prima a partir de la cual podrían formarse los planetas. Posiblemente ya se empiezan a formar planetas más grandes alrededor de estrellas muy jóvenes ".
Cuatro protoestrellas especiales
Entre cientos de imágenes de encuestas, cuatro protoestrellas se veían diferentes al resto y llamaron la atención de los científicos. "Estas estrellas recién nacidas se veían muy irregulares y llenas de manchas, "dijo la miembro del equipo Nicole Karnath de la Universidad de Toledo, Ohio (ahora en SOFIA Science Center). "Creemos que se encuentran en una de las primeras etapas de formación estelar y es posible que algunas ni siquiera se hayan convertido en protoestrellas todavía".
El esquema muestra una ruta propuesta (fila superior) para la formación de protoestrellas, basado en cuatro protoestrellas muy jóvenes (fila inferior) observadas por VLA (naranja) y ALMA (azul). El paso 1 representa el fragmento de gas y polvo que colapsa. En el paso 2, una región opaca comienza a formarse en la nube. En el paso 3, un núcleo hidrostático comienza a formarse debido a un aumento de presión y temperatura, rodeado por una estructura en forma de disco y el comienzo de un flujo de salida. El paso 4 describe la formación de una protoestrella de clase 0 dentro de la región opaca, que puede tener un disco con soporte rotacional y flujos de salida más bien definidos. El paso 5 es una típica protoestrella de clase 0 con salidas que han atravesado el sobre (haciéndolo visible ópticamente), una acreción activa, disco con soporte rotacional. En la fila inferior, los contornos blancos son las salidas de las protoestrellas como se ve con ALMA. Crédito:ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), N. Karnath; NRAO / AUI / NSF, B. Saxton y S. Dagnello
Es especial que los científicos hayan encontrado cuatro de estos objetos. "Rara vez encontramos más de un objeto irregular en una sola observación, "añadió Karnath, quien utilizó estas cuatro estrellas infantiles para proponer un camino esquemático para las primeras etapas de formación estelar. "No estamos del todo seguros de la edad que tienen, pero probablemente tengan menos de diez mil años ".
Para ser definido como una protoestrella típica (clase 0), las estrellas no solo deben tener un disco giratorio aplanado rodeándolas, pero también un flujo de salida, que arroja material en direcciones opuestas, que limpia la densa nube que rodea a las estrellas y las hace ópticamente visibles. Este flujo de salida es importante, porque evita que las estrellas giren fuera de control mientras crecen. Pero cuando exactamente estas salidas comienzan a ocurrir, es una cuestión abierta en astronomía.
Una de las estrellas infantiles de este estudio, llamado HOPS 404, tiene un flujo de salida de solo dos kilómetros (1.2 millas) por segundo (un flujo de salida típico de protoestrella de 10-100 km / so 6-62 millas / s). "Es un gran sol hinchado que todavía está acumulando mucha masa, pero acaba de comenzar su flujo de salida para perder el momento angular para poder seguir creciendo, ", explicó Karnath." Esta es una de las salidas más pequeñas que hemos visto y apoya nuestra teoría de cómo se ve el primer paso para formar una protoestrella ".
Combinando ALMA y VLA
La exquisita resolución y sensibilidad proporcionada tanto por ALMA como por el VLA fueron cruciales para comprender las regiones externas e internas de las protoestrellas y sus discos en este estudio. Si bien ALMA puede examinar con gran detalle el denso material polvoriento que rodea a las protoestrellas, las imágenes del VLA tomadas en longitudes de onda más largas fueron esenciales para comprender las estructuras internas de las protoestrellas más jóvenes a escalas más pequeñas que nuestro sistema solar.
"El uso combinado de ALMA y VLA nos ha dado lo mejor de ambos mundos, "dijo Tobin." Gracias a estos telescopios, comenzamos a comprender cómo comienza la formación de planetas ".
