La Línea de congelamiento que se retira de una estrella joven revela moléculas a su alrededor

The distribution of dust of V883 Ori. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Lee et al. V883Ori

Astrónomos usando ALMA han detectado varias moléculas orgánicas complejas alrededor de la joven estrella V883 Ori. Una explosión repentina de esta estrella está liberando moléculas de los compuestos helados en el disco que forma el planeta. La composición química del disco es similar a la de los cometas en el moderno Sistema Solar. Las observaciones sensibles de ALMA permiten a los astrónomos reconstruir la evolución de las moléculas orgánicas desde el nacimiento del Sistema Solar hasta los objetos que vemos hoy. 

El equipo de investigación liderado por Jeong-Eun Lee (Universidad de Kyung Hee, Corea) usó el Atacama Large Millimeter / submilimeter Array (ALMA) para detectar moléculas orgánicas complejas que incluyen metanol (CH3OH), acetona (CH3COCH3), acetaldehído (CH3CHO), formiato de metilo (CH3OCHO), y acetonitrilo (CH3CN). Esta es la primera vez que se detecta inequívocamente la acetona en una región de formación planetaria o disco protoplanetario. 

Varias moléculas se congelan en hielo alrededor de partículas de polvo de tamaño micrométrico en discos protoplanetarios. V883 El repentino brote de Ori esta calentando el disco y sublimando el hielo, lo que libera las moléculas en un gas. La región en un disco donde la temperatura alcanza la temperatura de sublimación de las moléculas se denomina "línea de congelamiento". Los radios de las líneas de nieve son aproximadamente unas pocas unidades astronómicas (au) alrededor de las estrellas jóvenes normales, sin embargo, se agrandan casi 10 veces alrededor de las estrellas que explotan. 

La distribución del polvo se muestra en naranja y la distribución del metanol, una molécula orgánica, se muestra en azul. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Lee et al. V883Ori

"Es difícil obtener imágenes de un disco en la escala de unas pocas au con los telescopios actuales", dijo Lee. "Sin embargo, alrededor de una estrella de estallido, el hielo se derrite en un área más amplia del disco y es más fácil ver la distribución de las moléculas. Nos interesa la distribución de moléculas orgánicas complejas como los componentes básicos de la vida". 

El hielo, incluidas las moléculas orgánicas congeladas, podría estar estrechamente relacionado con el origen de la vida en los planetas. En nuestro Sistema Solar, los cometas son el foco de atención debido a sus ricos compuestos helados. Por ejemplo, el legendario explorador de cometas Rosetta de la Agencia Espacial Europea encontró una rica química orgánica alrededor del cometa Churyumov-Gerasimenko. Se cree que los cometas se formaron en la región más fría exterior del Sistema proto-solar, donde las moléculas estaban contenidas en el hielo. La investigación de la composición química del hielo en discos protoplanetarios está directamente relacionada con la exploración del origen de las moléculas orgánicas en los cometas y el origen de los componentes básicos de la vida. 

La parte exterior del disco está fría y las partículas de polvo están cubiertas de hielo. ALMA detectó varias moléculas orgánicas complejas alrededor de la línea de nieve del agua en el disco. Crédito: National Astronomical Observatory of Japan

Gracias a la visión aguda de ALMA y la línea de nieve ampliada debido al estallido de la estrella, los astrónomos obtuvieron la distribución espacial de metanol y acetaldehído. La distribución de estas moléculas tiene una estructura en forma de anillo con un radio de 60 au, que es el doble del tamaño de la órbita de Neptuno. Los investigadores asumen que dentro de este anillo las moléculas son invisibles porque están ocultas por un material espeso y polvoriento, y son invisibles fuera de este radio porque están congeladas en hielo. 

"Dado que los planetas rocosos y helados están hechos de material sólido, la composición química de los sólidos en los discos es de especial importancia. Una explosión es una oportunidad única para investigar los sublimados frescos y, por lo tanto, la composición de los sólidos" dice Yuri Aikawa en la Universidad de Tokio, miembro del equipo de investigación. 

Ilustración esquemática de la composición de los discos protoplanetarios en estado normal y en fase de explosión. V883 Ori está experimentando un arrebato de FU Orionis y el aumento de la temperatura del disco empuja la línea de nieve hacia el exterior, lo que hace que varias moléculas contenidas en el hielo se liberen en gas. Crédito: National Astronomical Observatory of Japan

V883 Ori es una joven estrella ubicada a 1300 años luz de la Tierra. Esta estrella está experimentando un episodio abrupta transferencia de masa del tipo FU Orionis, un aumento repentino de la luminosidad debido a un torrente de material que fluye desde el disco a la estrella. Estos episodios duran solo del orden de 100 años, por lo que la posibilidad de observar un estallido es bastante rara. Sin embargo, dado que las estrellas jóvenes con un amplio rango de edades experimentan los estallidos de FU Ori, los astrónomos esperan poder rastrear la composición química del hielo a lo largo de la evolución de las estrellas jóvenes. 

Nota: Otra observación de ALMA (van't Hoff et al. 2018, ApJL, 864, 23) también detectó emisiones de CH3OH del V883 Ori. Sin embargo, la sensibilidad y la resolución de las observaciones no fueron suficientes para resolver la estructura dentro de la línea de nieve del agua.

Documento y equipo de investigación:

Estos resultados de observación se publican como Lee et al. “La composición de hielo en el disco alrededor de Ori V883 revelada por su explosión estelar” en Nature Astronomy el 4 defebrero de 2019.

Fuente: National Institutes of Natural Sciences,