Estudiantes de la UA encuentran indicios de las estrellas más masivas de la galaxia

Las bolas amarillas que se ven en el centro de esta imagen son la fase de una formación de estrellas masivas que viene antes de que las estrellas masivas hayan aclarado las oquedades en las nubes de gas que las rodean (mostrado en verde) pero después la fase del frio que en colapso que Jenny Calahan y Yancy Shirley investigaron en su estudio. Crédito: NASA/JPL-Caltech.

Por tres años, Jenny Calahan ha liderado un grupo de compañeros estudiantes de licenciatura en la Universidad de Arizona en la investigación para ayudar a resolver como nacen las estrellas más masivas de la galaxia. 

El 23 de julio, solo dos meses después de que Calahan se licenciase en física y astronomía, se publicaba la investigación, “Buscando afluencia hacia candidatos de masivas acumulaciones sin estrellas en el rastreo de la Bolocam del plano galáctico,” y que fue publicada en el Astrophysical Journal. Sus coautores incluyen a estudiantes que ayudaron con el estudio y la investigación. 

“Aún hay una bella pregunta abierta en la astronomía cuando nos referimos a la formación estelar de estrellas masivas,” dijo Calahan. “¿Cómo se forman estrellas que pesan más de ocho masas solares a partir de nubes de gas y polvo?” 

Los astrónomos entienden este proceso para estrellas del tamaño de nuestro Sol. Partículas en la nube son atraídas las unas a las otras y comienzan a acumularse. La gravedad toma su curso y el gas fluye hacia el centro de la nube mientras colapsa. A lo largo de millones de años, el gas se pone bajo tal presión que comienza a arder, y nace la estrella cundo finalmente comienza la fusión en el núcleo del gas comprimido. 

Las teorías acerca de cuanto gas se necesita para hacer una estrella como nuestro Sol pueden comprobar por medio de las observaciones, porque cada fase de la vida de una estrella — desde el colapso de la nube de gas en un núcleo pre-estelar hasta la expansión de la estrella en una gigante roja y el colapso en una enana blanca — puede observarse a lo largo de la galaxia. 

Pero los astrónomos están aún por entender como las estrellas masivas de más de ocho masas de la del Sol se forman. Estrellas de este tamaño explotan en supernova al final de sus ciclos de vía, dejando tras de sí agujeros negros o estrellas de neutrones. 

“Hay pocas teorías acerca de la formación de estrellas masivas que funcionen en simulaciones, pero no hemos vistos esas condiciones iniciales fuera en el salvaje universo,” dijo Calahan. 

Una teoría es la formación de núcleos masivos, Yancy Shirley, profesor asociado en el Departamento de Astronomía de la UA. Los núcleos masivos son una densa colección de gas varias veces más grande del tamaño de la estrella que crearon. Para estrellas masivas, los núcleos deben de ser al menos 30 veces la masa del Sol. 

“La gente está teniendo dificultades para encontrar un objeto semejante,” dijo Shirley. 

La otra teoría es que múltiples núcleos de estrellas de poca masa se formen en una acumulación de gas. El núcleo de poca masa crece mientras compite por material en el agrupamiento, y eventualmente, uno de los núcleos sea lo suficientemente grande para formar una estrella masiva. 

“Este es el debate: ¿Cuál de estas dos opciones es la más acertada, o es una combinación de las dos? Dijo Shirley. 

El primer paso para responder a esa pregunta es identificar las más tempranas fases de la formación de estrellas, por lo que Calahan, bajo el consejo de Calahan, se propuso identificar signos de acumulación de gas en movimiento colapsando, llamadas “corrientes.” 

Calahan seleccionó 101 objetivos de una lista de más de 2.000 grandes, frías y aparentemente nubes de gas sin estrellas llamadas “candidatas de acumulaciones sin estrellas” (starless clump candidates, or SCCs). 

Aunque los astrónomos han estudiado los SCC en el pasado, mucho de ello se centraron en los objetos más brillantes y masivos. La investigación de Calahan es única ya que fue una búsqueda a ciegas. 

Que iba en tamaño desde unas pocos de cientos de masa de nuestro Sol hasta unos pocos de miles de masas solares, los SCC que Calahan seleccionó son ejemplos representativos de todas las nubes de gas que tienen el potencial de formar estrellas masivas. 

Usando el radiotelescopio Radio Observatorio de Arizona de 12 metros en el Observatorio Steward de la UA en Kitt Peak, Calahan detecto y siguió ondas de radio emitidas por el gas molecular formilio (HCO+), que emite una frecuencia de radio especifica. 

El Radio Observatorio de Arizona (ARO). Crédito: Dave Harvey

Una vez Shirley y sus estudiantes que supervisa usan le telescopio para identificar objetos de interés específico, como SCC que colapsan, las masas que son interesantes son estudiadas usando el ALMA, que puede penetrar más profundamente en el gas y encontrar objetos que no pueden ser vistos con el telescopio de 12 metros. 

Formilio, una de las moléculas más abundantes en el espacio, es un ion altamente reactivo que no podría sobrevivir en la atmosfera de la Tierra. Cuando el formilio se mueve en la dirección de un observador, la longitud de onda se comprime; cuando el gas se mueve en la dirección opuesta al observador, la longitud de onda se alarga. 

Analizando las longitudes de onda, Calahan identificó seis SCC que mostraban las evidencias de un colapso, sugiriendo que el colapso de gas sucede rápidamente, y que tan solo contabiliza el 6 por ciento del proceso formativo de las estrellas masivas. 

“Un lado está cayendo en la dirección contaría a nosotros y la otra cara hacia nosotros,” dijo Calahan. 

“La manera en que estamos usando esto en estos momentos es una forma pionera,” dijo Shirley. Este y los estudiantes que supervisa usando el telescopio de 12 metros han realizado seguimientos a objetos de interés, como SCC colapsando. Estas masas interesantes son estudiadas más a fondo con el ALMA, que puede penetrar a más profundidad en el gas y encontrar estrellas u otros objetos que no se pueden ver con el telescopio de 12 metros. 

Las antenas de ALMA sobre el llano de Chajnantor, a 5000 metros de altura en los Andes chilenos. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Garnier (ALMA)

Los estudios pueden llevar docenas de horas para completarse. Calahan y Shirley pasaron 19 fines de semana a lo largo de ocho meses para estudiar los CSS. 

“Ahora he visto parte de esta investigación,” dijo Calahan. “Tengo que ser parte de las pesquisas, observando reduciendo la información.” 

Grupos de estudiantes viajaron con Calahan y Shirley a telescopios, donde aprendieron observación astronómica y técnicas de análisis de información. 

“La primera vez que fui, aprendí a cómo usar el telescopio y a analizar la información,” dijo Calahan. “A la tercera vez, ya podía enseñar a otros estudiantes.” 

Shirley ha trabajado aconsejado a varios estudiantes quienes han publicado sus investigaciones en la UA, pero Calahan es el primer estudiante a quien le admiten una investigación antes de graduarse. 

“No creo que pudiera haber hecho esto en ninguna otra universidad,” dijo Calahan. “Tenemos los recursos y la facultad que nos enseña a reducir la información a datos reales, y observar en un telescopio real. Eso es único de esta institución.” 

Source: University of Arizona, by Emily Walla, Wikipedia,