Atacama Large Millimeter/submillimeter Array Archive

Astrónomos consiguen medir el tamaño de las semillas planetarias

Los astrónomos creen que los planetas se forman al aglomerarse partículas de polvo y gas, pero desconocen los pormenores del proceso

OBSERVATORIO ALMA/DICYT Un equipo de investigadores usó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para realizar por primera vez una medición precisa de las diminutas partículas de polvo que rodean una joven estrella a partir de la polarización de las ondas de radio. Este importante hito en el estudio de la formación planetaria alrededor de estrellas jóvenes fue posible gracias a la gran sensibilidad de ALMA, que permite detectar ondas de radio polarizadas.

Los astrónomos creen que los planetas se forman al aglomerarse partículas de polvo y gas, pero desconocen los pormenores del proceso. Uno de los principales enigmas es cómo unas partículas de polvo de apenas un micrómetro se unen para formar planetas rocosos de 10.000 kilómetros. La dificultad para medir el tamaño de las partículas ha impedido a los astrónomos hacer un seguimiento del crecimiento del polvo.

Akimasa Kataoka, investigador becado por la Fundación Humboldt que se desempeña en la Universidad de Heidelberg y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), asumió este desafío. Junto con sus colaboradores, el investigador había predicho que, alrededor de las estrellas jóvenes, las ondas de radio emitidas por las partículas de polvo tienen características de polarización únicas. El equipo también señaló que la intensidad de las emisiones polarizadas permite calcular el tamaño de las partículas de polvo mejor que otros métodos.

Para poner a prueba su teoría, el equipo encabezado por Kataoka observó la joven estrella HD 142527 con ALMA y descubrió, por primera vez, el patrón de polarización único del disco de polvo que la rodea. Tal como habían predicho, la polarización presenta una dirección radial en gran parte del disco, pero en los bordes esta se vuelve perpendicular a la dirección radial.

Al comparar la intensidad medida de las emisiones polarizadas con las predicciones teóricas, los investigadores determinaron que las partículas de polvo tienen como máximo 150 micrómetros. Esta es la primera vez que se calcula el tamaño del polvo a partir de la polarización. Para sorpresa de los investigadores, el tamaño calculado es más de 10 veces más pequeño de lo que se había predicho.

“En los estudios anteriores, los astrónomos habían calculado el tamaño a partir de las emisiones de radio suponiendo que las partículas de polvo son esféricas””, explica Kataoka. “En nuestro estudio, observamos las ondas de radio dispersas a través de la polarización, que proporciona información independiente a la de la emisión térmica del polvo. Esta diferencia tan grande en el tamaño de las partículas de polvo significa que los cálculos anteriores pueden ser erróneos”.

Para resolver esta contradicción, el equipo consideró la existencia de partículas de polvo esponjosas y de formas complejas, en vez de limitarse a partículas esféricas. A nivel macroscópico estas partículas son grandes, pero a nivel microscópico, cada diminuta sección de una partícula de polvo emite ondas de radio y genera una polarización de características únicas. En este estudio, los astrónomos determinaron estas características “microscópicas” mediante observaciones de polarización. Esto podría motivar a los astrónomos a reinterpretar datos de observaciones anteriores.

“La fracción de polarización de las ondas de radio del disco de polvo alrededor de HD 142527 corresponde apenas a un pequeño porcentaje. Gracias a la alta sensibilidad de ALMA, pudimos detectar estas señales tan débiles para obtener información sobre el tamaño y la forma de las partículas de polvo”, explica Kataoka.

“Este es el primer paso en la investigación sobre la evolución del polvo con polarimetría, y creo que el futuro nos deparará grandes hallazgos”.

Un agujero negro impide la formación de estrellas

Es fácil que los sucesos a escala galáctica escapen a nuestra comprensión: chorros de partículas viajando a 400 kilómetros ¡por segundo!, 400 millones de masas solares o 100 millones de años luz son dimensiones que una mente humana difícilmente puede abarcar pero todo eso es lo que está ocurriendo en una galaxia “cercana” en la que un agujero negro supermasivo impide que el polvo estelar se transforme en estrellas.

Los intensos chorros producidos por los agujeros negros supermasivos pueden disipar el material galáctico a partir del cual se forman los planetas y producir lo que se conoce como galaxias rojas muertas: galaxias repletas de antiguas estrellas rojas pero que carecen del hidrógeno necesario para formar estrellas nuevas.

Ahora, un equipo de astrónomos descubrió, gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), que los procesos de formación estelar pueden ser interrumpidos por agujeros negros mucho menos poderosos. Al observar el polvo y el gas presentes en el centro de NGC 1266, una galaxia lenticular dotada de un modesto agujero negro central, los astrónomos detectaron una verdadera tormenta cuya turbulencia está impidiendo la formación de estrellas en un área que, de lo contrario, habría sido una perfecta fábrica de estrellas.

La turbulencia observada es causada por chorros provenientes del agujero negro que azotan una capa de gas extremadamente densa. Esta densa área, probablemente resultado de una fusión reciente con otra galaxia más pequeña, impide que cerca del 98% del material expulsado por los chorros salga del centro galáctico.

“Cual fuerza imparable que choca con un objeto inamovible, las moléculas de estos chorros se topan con tamaña resistencia al entrar en contacto con la densa nube de gas que las rodea que pierden casi por completo su impulso”, explica Katherine Alatalo, astrónoma del Instituto de Tecnología de California (Pasadena, Estados Unidos) y autora principal de un artículo publicado en el Astrophysical Journal. Este choque de energías genera una fuerte turbulencia en el gas circundante e interrumpe la primera etapa crucial del proceso de formación estelar. “Se trata del fenómeno de interrupción de formación estelar más intenso que se haya observado”, afirma Alatalo.

Agujero negro en el centro de una galaxia

Observaciones previas de NGC 1266 revelaron un gran flujo de gas desde el centro galáctico desplazándose a una velocidad de hasta 400 kilómetros por segundo. Alatalo y su equipo estiman que la potencia de este flujo hacia el exterior equivale a la explosión simultánea de 10.000 supernovas. Si bien los chorros son lo suficientemente potentes para agitar el gas, no logran darle la velocidad necesaria para escapar del sistema.

“También puede decirse que los chorros producen turbulencia en el gas y eso le impide estabilizarse, colapsar y formar estrellas”, señala Mark Lacy, astrónomo del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos y coautor del estudio.

El área observada por ALMA tiene una cantidad de gas equivalente a unos 400 millones de veces la masa de nuestro Sol, 100 veces más que en las nubes moleculares gigantes donde se forman estrellas en nuestra propia Vía Láctea. Normalmente, una nube de gas tan concentrada debería producir estrellas 50 veces más rápido de lo que se observó en esta galaxia.

Hasta ahora, los astrónomos creían que solo los quásares y radiogalaxias extremadamente potentes contienen agujeros negros con la fuerza suficiente para interrumpir los procesos de formación estelar.

“Antes se daba por sentado que los chorros tenían que ser lo suficientemente intensos para expulsar todo el gas de la galaxia y poder detener el proceso de formación estelar”, afirma Lacy.

Para hacer este hallazgo los astrónomos primero ubicaron la luz infrarroja lejana emitida por la galaxia. Como este tipo de luz suele relacionarse con estos procesos de formación estelar, los astrónomos lo usan para detectar regiones donde se forman nuevas estrellas. En el caso de NGC 1266, sin embargo, la luz provenía de una región extremadamente confinada de la galaxia. “Es una área casi demasiado pequeña como para que la luz infrarroja provenga de procesos de formación estelar”, señala Alatalo.

Gracias a la extraordinaria sensibilidad y capacidad de resolución de ALMA, sumada a las observaciones realizadas con el Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy (CARMA), los astrónomos estudiaron el área en detalle y pudieron ubicar la densa nube de gas molecular en el centro galáctico. Encontraron que esta fuente compacta de luz infrarroja lejana se encuentra rodeada de gas.

Bajo condiciones normales, gas de esta densidad formaría estrellas a un elevado ritmo. El polvo incrustado dentro del gas se calentaría por las jóvenes estrellas y se vería como una fuente extendida y brillante de luz infrarroja. El pequeño tamaño y la debilidad de la fuente infrarroja sugieren que NGC 1266 esté, por el contrario, aparentemente desafiando las reglas de formación estelar.

Los astrónomos también sospechan que hay un mecanismo de retroalimentación activo en el área, donde el agujero negro terminará por calmarse, la turbulencia menguará y volverán a nacer estrellas. Sin embargo, cuando se reanude el proceso de formación estelar, el movimiento del denso gas volverá a lanzarlo hacia el agujero negro y habrá nuevos chorros, que a su vez volverán a interrumpir el nacimiento de estrellas.

NGC 1266 está situada a cerca de 100 millones de años luz de distancia, en la constelación de Erídano. Las galaxias lenticulares son galaxias espirales como la Vía Láctea pero con escaso gas interestelar disponible para formar nuevas estrellas.


Fiente: DICYT (http://www.dicyt.com/noticias/detectan-una-tormenta-que-anula-la-formacion-de-estrellas-alrededor-de-agujero-negro-supermasivo)