Estrellas de gran masa, que son ocho o más veces la masa de nuestro Sol, vive duro y muere joven. A menudo terminan sus cortas vidas en explosiones violentas llamadas supernovas, pero sus nacimientos son mucho más misteriosos. Se forman en muy densos, frías nubes de gas y polvo, pero se sabe poco sobre estas regiones. En 2021, poco después del lanzamiento del telescopio espacial James Webb de la NASA, Los científicos planean estudiar tres de estas nubes para comprender su estructura.

"Lo que estamos tratando de hacer es observar los lugares de nacimiento de estrellas masivas, "explicó Erick Young, investigador principal de un programa que utilizará Webb para estudiar este fenómeno. Es astrónomo de la Asociación de Investigación Espacial de Universidades en Columbia, Maryland. "Determinar la estructura real de las nubes es muy importante para tratar de comprender el proceso de formación de estrellas, " él dijo.

Estas nubes frías, que pueden tener hasta 100, 000 veces la masa del Sol, son tan densos que parecen tan grandes, manchas oscuras en el cielo. Aunque parezcan desprovistos de estrellas, las nubes en realidad están oscureciendo la luz de las estrellas de fondo. Estos parches oscuros están tan espesos de polvo que incluso bloquean algunas longitudes de onda de luz infrarroja, un tipo de luz que es invisible a los ojos humanos y que por lo general puede penetrar a través de nubes polvorientas. Por eso se les llama "nubes infrarrojas oscuras". Sin embargo, la sensibilidad sin precedentes de Webb permite la observación de estrellas de fondo incluso a través de estas regiones muy densas.

Ambientes de nacimiento y masa para galletas

Para entender cómo se forman las estrellas masivas, tienes que entender el entorno en el que se forman. Pero una de las cosas que hace que el estudio de la formación de estrellas masivas sea tan difícil es que tan pronto como una estrella se enciende, irradia luz ultravioleta intensa y vientos fuertes y poderosos.

"Estas fuerzas destruyen el entorno de nacimiento en el que se creó la estrella, "explicó Cara Battersby, experta en infrarrojos en nubes oscuras, profesor asistente de física en la Universidad de Connecticut. "El entorno que está observando después de que se formó es totalmente diferente del entorno que condujo a su formación en primer lugar. Y como sabemos que las nubes infrarrojas oscuras son lugares donde se pueden formar estrellas masivas, si miramos su estructura antes de que las estrellas se hayan formado o hayan comenzado a formarse, podemos estudiar qué entorno se necesita para formar esas estrellas masivas ".

Battersby compara el proceso con hornear galletas:tan pronto como las hornee, son totalmente diferentes a la masa misma. Si nunca antes has visto masa, es posible que no tenga una buena idea de cómo se vería ese proceso de horneado. Las nubes infrarrojas oscuras son como la masa cruda antes de hornearla. Estudiar estas nubes es como tener la oportunidad de mirar la masa de las galletas, viendo lo que hay en ella, y aprender cuál es su consistencia.

La importancia de las estrellas masivas

Comprender las estrellas masivas y sus entornos es importante por diversas razones. Primero, en sus muertes explosivas, liberan muchos elementos que son esenciales para la vida. Los elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, incluidos los componentes básicos de la vida en la Tierra, provienen del interior de estrellas masivas. Las estrellas masivas han transformado un universo que estaba casi completamente compuesto de hidrógeno a los ricos, entorno complejo que es capaz de producir planetas y personas.

Las estrellas masivas también producen enormes cantidades de energía. Tan pronto como nazcan, desprenden luz, Radiación y vientos que pueden crear burbujas en el medio interestelar, posiblemente provocando la formación de estrellas en diferentes lugares. Estas burbujas en expansión también podrían romper una región donde se están formando nuevas estrellas. Finalmente, cuando una estrella masiva muere en una explosión espectacular, cambia para siempre su entorno.

Los objetivos

El estudio centrará a Webb en las siguientes tres áreas.

The Brick:Una de las nubes infrarrojas-oscuras más oscuras de nuestra galaxia, esta nube con forma de ladrillo se encuentra cerca del centro de la galaxia, alrededor de 26, 000 años luz de la Tierra. Mas que 100, 000 veces la masa del Sol, el Ladrillo no parece estar formando estrellas masivas, todavía. Pero tiene tanta masa en un área tan pequeña que si forma estrellas, como los científicos piensan que debería, sería uno de los cúmulos de estrellas más masivos de nuestra galaxia, al igual que los grupos Arches y Quintuplet, también en la vecindad del centro de la galaxia.

La Serpiente:con un nombre inspirado en su forma serpentina, esta nube extremadamente filamentosa tiene aproximadamente 12, 000 años luz de distancia con una masa total de 100, 000 soles. Dispersos a lo largo de la Serpiente son cálidos, densas nubes de polvo, cada uno contiene aproximadamente 1, 000 veces la masa del Sol en gas y polvo. Estas nubes están siendo calentadas por jóvenes estrellas masivas formándose dentro de ellos. La Serpiente puede ser una sección de un filamento mucho más largo que es un "Hueso de la Vía Láctea, "trazando la estructura espiral de la galaxia.

IRDC 18223:Ubicado alrededor de 11, 000 años luz de distancia, esta nube también es parte de un "Hueso de la Vía Láctea". Se muestra activo, la formación de estrellas masivas ocurre en un lado de ella, mientras que el otro lado parece completamente tranquilo e imperturbable. Una burbuja en el lado activo ya está comenzando a destruir el filamento inicial que estaba allí antes. Si bien el lado inactivo aún no ha comenzado a formar estrellas, probablemente lo hará pronto.

La técnica

Para estudiar estas nubes Young y su equipo utilizarán estrellas de fondo como sondas. "Cuantas más estrellas tengas, las líneas de visión más diferentes, "dijo Young." Cada uno es como un pequeño rayo de lápiz, y midiendo el color de la estrella, puede evaluar cuánto polvo hay en esa línea de visión en particular ".

Los científicos harán mapas, básicamente, imágenes muy profundas, en cuatro longitudes de onda infrarrojas diferentes. Cada longitud de onda tiene una capacidad diferente para penetrar en la nube. "Si miras una estrella determinada y ves que en realidad está mucho más roja de lo que esperas, entonces puedes suponer que su luz ha atravesado un poco de polvo, y el polvo ha hecho que el color sea más rojo que el típico, estrella despejada, "dijo Young.

Al observar la diferencia de color basada en estas cuatro medidas diferentes en el infrarrojo cercano, y comparando eso con un modelo de polvo que se oscurece y enrojece, Young y su equipo pueden medir el polvo en esa línea de visión en particular. Webb les permitirá hacer eso para miles y miles de estrellas que penetran en cada nube, dándoles una gran cantidad de puntos de datos. Dado que la mayoría de las estrellas de un tipo determinado son similares entre sí en brillo y color, Cualquier diferencia marcada que pueda observar Webb se debe principalmente a los efectos del material entre nosotros y las estrellas.

Solo con Webb

Este trabajo solo se puede realizar gracias a la exquisita sensibilidad y la excelente resolución angular de Webb. La sensibilidad de Webb permite a los científicos ver estrellas más débiles y una mayor densidad de estrellas de fondo. Su resolución angular, la capacidad de distinguir pequeños detalles de un objeto, permite a los astrónomos discriminar entre estrellas individuales.

Esta ciencia se lleva a cabo como parte de un programa de observaciones de tiempo garantizado (GTO) de Webb. Este programa está diseñado para recompensar a los científicos que ayudaron a desarrollar los componentes clave de hardware y software o el conocimiento técnico e interdisciplinario para el observatorio. Young formó parte del equipo de instrumentos original que construyó el instrumento Cámara de infrarrojos cercanos (NIRCam) de Webb.

El telescopio espacial James Webb será el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo cuando se lance en 2021. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mira más allá a mundos distantes alrededor de otras estrellas, y sondear las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y Agencia Espacial Canadiense.