La región cercana de formación de estrellas da pistas sobre la formación de nuestro sistema solar
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Imagen compuesta de la nube L1688 en
el complejo de formación estelar de Ophiuchus. Crédito: João
Alves/ESO VISIONS. |
El complejo de formación estelar de Ophiuchus ofrece un análogo para la formación del sistema solar, incluidas las fuentes de elementos que se encuentran en los meteoritos primitivos.
Una
región de formación estelar activa en la constelación de Ophiuchus está dando a los
astrónomos nuevos conocimientos sobre las condiciones en las que nació nuestro
propio sistema solar. En particular, un nuevo estudio del complejo de formación estelarde Ophiuchus muestra cómo nuestro sistema solar puede haberse enriquecido
con elementos radiactivos de corta duración.
La
evidencia de este proceso de enriquecimiento ha existido desde la década de
1970, cuando los científicos que estudiaban ciertas inclusiones minerales en
meteoritos concluyeron que eran remanentes prístinos del sistema solar infantil
y que contenían los productos de desintegración de radionúclidos de vida corta.
Estos elementos radiactivos podrían haber sido transportados al naciente
sistema solar por una estrella cercana en explosión (una supernova) o por los
fuertes vientos estelares de un tipo de estrella masiva conocida como estrella Wolf-Rayet.
Los
autores del nuevo estudio, publicado el 16 de
agosto en Nature Astronomy, utilizaron observaciones de múltiples longitudes de
onda de la región de formación de estrellas de Ophiuchus, incluidos nuevos
datos infrarrojos espectaculares, para revelar interacciones entre las nubes de
gas de formación de estrellas y los radionucleidos producidos en el entorno
cercano del cúmulo de estrellas jóvenes. Sus hallazgos indican que las
supernovas en el cúmulo de estrellas son la fuente más probable de
radionucleidos de corta duración en las nubes de formación estelar.
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Las observaciones de múltiples
longitudes de onda de la región de formación de estrellas de Ophiuchus revelan
interacciones entre nubes de gas de formación de estrellas y radionucleidos
producidos en un cúmulo cercano de estrellas jóvenes. La imagen superior (a)
muestra la distribución del aluminio-26 en rojo, trazada por las emisiones de
rayos gamma. El cuadro central representa el área cubierta en la imagen
inferior izquierda (b), que muestra la distribución de las protoestrellas en
las nubes de Ophiuchus como puntos rojos. El área del cuadro se muestra en la
imagen inferior derecha (c), una imagen compuesta de color infrarrojo cercano
profundo de la nube L1688, que contiene muchos núcleos de gas denso prestelares
bien conocidos con discos y protoestrellas. Crédito: Forbes et al., Nature
Astronomy 2021. |
“Nuestro
sistema solar probablemente se formó en una nube molecular gigante junto con un
cúmulo estelar joven, y uno o más eventos de supernovas de algunas estrellas
masivas en este cúmulo contaminaron el gas que se convirtió en el sol y su sistema
planetario”, dijo el coautor Douglas NC Lin, profesor emérito de astronomía y
astrofísica en UC Santa Cruz. "Aunque este escenario ha sido sugerido en
el pasado, la fortaleza de este documento es utilizar observaciones de
múltiples longitudes de onda y un análisis estadístico sofisticado para deducir
una medida cuantitativa de la probabilidad del modelo".
El
primer autor, John Forbes, del Centro de Astrofísica Computacional del
Instituto Flatiron, dijo que los datos de los telescopios de rayos gamma
basados en el espacio permiten la detección de rayos gamma emitidos por el
radionúclido de corta duración aluminio-26. “Estas son observaciones
desafiantes. Solo podemos detectarlo de manera convincente en dos regiones de
formación de estrellas, y los mejores datos provienen del complejo de Ophiuchus”,
dijo.
El
complejo de nubes de Ophiuchus contiene muchos núcleos protoestelares densos en
varias etapas de formación de estrellas y desarrollo de discos
protoplanetarios, que representan las primeras etapas en la formación de un
sistema planetario. Al combinar datos de imágenes en longitudes de onda que van
desde milímetros hasta rayos gamma, los investigadores pudieron visualizar un
flujo de aluminio-26 desde el cúmulo de estrellas cercano hacia la región de
formación estelar de Ophiuchus.
"El proceso de enriquecimiento que estamos viendo en Ophiuchus es consistente con lo que sucedió durante la formación del sistema solar hace 5 mil millones de años", dijo Forbes. “Una vez que vimos este buen ejemplo de cómo podría suceder el proceso, nos dispusimos a intentar modelar el cúmulo de estrellas cercano que produjo los radionucleidos que vemos hoy en los rayos gamma”.
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Imagen compuesta en color de
infrarrojo cercano profundo de la nube L1688 en el complejo de formación
estelar de Ophiuchus de la encuesta pública VISIONS European Southern
Observatory, donde el azul, el verde y el rojo se asignan a las bandas NIR J
(1,2 μm), H (1,6 μm) y KS (2,2 µm), respectivamente. Crédito: João Alves/ESO
VISIONS. |
Forbes
desarrolló un modelo que da cuenta de cada estrella masiva que podría haber
existido en esta región, incluida su masa, edad y probabilidad de explotar como
una supernova, e incorpora los rendimientos potenciales de aluminio-26 de los
vientos estelares y las supernovas. El modelo le permitió determinar las
probabilidades de diferentes escenarios para la producción del aluminio-26 que
se observan en la actualidad.
"Ahora
tenemos suficiente información para decir que hay un 59 por ciento de
probabilidades de que se deba a supernovas y un 68 por ciento de probabilidades
de que provenga de múltiples fuentes y no solo de una supernova", dijo
Forbes.
Este
tipo de análisis estadístico asigna probabilidades a escenarios que los
astrónomos han estado debatiendo durante los últimos 50 años, señaló Lin.
"Esta es la nueva dirección de la astronomía, para cuantificar la
probabilidad", dijo.
Los
nuevos hallazgos también muestran que la cantidad de radionúclidos de vida
corta incorporados en sistemas estelares recién formados puede variar
ampliamente. “Muchos sistemas estelares nuevos nacerán con abundancias de
aluminio-26 en línea con nuestro sistema solar, pero la variación es enorme,
varios órdenes de magnitud”, dijo Forbes. “Esto es importante para la evolución
temprana de los sistemas planetarios, ya que el aluminio-26 es la principal
fuente de calentamiento temprano. Más aluminio-26 probablemente signifique planetas más secos ".
Los
datos infrarrojos, que permitieron al equipo mirar a través de nubes
polvorientas hasta el corazón del complejo de formación estelar, fueron
obtenidos por el coautor João Alves de la Universidad de Viena como parte de la
encuesta VISION del Observatorio Europeo Austral de viveros estelares cercanos
utilizando el telescopio VISTA en Chile.
“No
hay nada especial en Ophiuchus como región de formación estelar”, dijo Alves.
"Es solo una configuración típica de gas y estrellas masivas jóvenes, por
lo que nuestros resultados deberían ser representativos del enriquecimiento de
elementos radiactivos de vida corta en la formación de estrellas y planetas a
lo largo de la Vía Láctea".
El
equipo también utilizó datos del Observatorio Espacial Herschel de la Agencia
Espacial Europea (ESA), el satélite Planck de la ESA y el Observatorio Compton
de Rayos Gamma de la NASA.
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