Las primeras estrellas del Universo no estaban solas

Las primeras estrellas en el Universo no estaban solas, como se creía antes. De hecho podrían haberse formado junto a muchas compañeras cuando los discos de gas que las rodeaban se separaron durante la formación, dando lugar al nacimiento de estrellas en los filamentos.

Izquierda: Representación artística de un disco de acrecimiento. Crédito: Pat Rawlings/NASA.

Estos son los hallazgos de los estudios realizados con la ayuda de simulaciones computarizadas de los investigadores del Centro de Astronomía de la Universidad de Heidelberg junto a colegas del Instituto de Astrofísica Max Planck en Garching, Alemania y la Universidad de Texas en Austin.

Los hallazgos del grupo, que son publicados en la revista Science, ofrecen nueva información sobre la formación de las primeras estrellas después del Big Bang.

Las estrellas evolucionan a partir de las nubes de gas cósmico en una batalla feroz y compleja entre la gravedad y la presión interna del gas. La densidad del gas aumenta debido a su propia atracción gravitacional. Esto causa que el gas se caliente y como consecuencia, la presión aumenta y el proceso de compresión se detiene.

Si el gas logra liberarse de la energía térmica, la compresión puede continuar y nace una nueva estrella. Este proceso de enfriamiento funciona especialmente bien si el gas contiene elementos químicos como el carbono o el oxígeno. Las estrellas formándose así tienen masas generalmente bajas, como nuestro Sol. Pero en el Universo inicial estos elementos aún no habían emergido, así que el gas cósmico primordial no se podía enfriar bien.

De hecho, la mayoría de los modelos teóricos predicen que las masas de las estrellas primitivas eran cerca de cien veces más grandes que la del Sol.

El Dr. Paul Clark, astrofísico de Heidelberg y sus colegas investigaron estos procesos con la ayuda de simulaciones computarizadas de muy alta resolución. Sus hallazgos indican que esta explicación simple necesita ser revisada y que el Universo inicial no sólo estaba poblado únicamente por estrellas solitarias gigantes.

La razón está en la física de los discos de acrecimiento, que acompañan a las estrellas en su nacimiento. Donde sólo como resultado de fricción interna el gas puede continuar fluyendo hacia la estrella.

Si se acumula más masa al disco de lo que puede transportar hacia dentro, sale de estabilidad y se rompe en varios fragmentos. Así que en vez de formar sólo una estrella en el centro, se forman un grupo de varias estrellas. La distancia entre algunas de las estrellas puede ser tan pequeña como la distancia Tierra-Sol.

De acuerdo al Dr. Clark, este descubrimiento puede presentar nuevas oportunidades para detectar las primeras estrellas en el Universo. En las etapas finales de sus vidas, las binarias o sistemas estelares múltiples pueden producir explosiones intensas de rayos X o rayos gamma. Las misiones espaciales futuras están siendo específicamente planeadas para investigar esas explosiones del Universo temprano.

También es comprensible que algunas de las primeras estrellas puedan haber sido catapultadas fuera de su grupo de nacimiento a través de colisiones con sus vecinos antes de que fueran capaces de acumular una gran cantidad de masa. A diferencia de las estrellas de gran masa, las de pequeña masa pueden vivir por miles de millones de años.

Más información:
Artículo en SpaceDaily.com

Fuente: SpaceDaily.com

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El magnetismo sería común en todos los chorros cósmicos

Los astrónomos han encontrado la primera evidencia de un campo magnético en un chorro de material eyectado desde una estrella joven, un descubrimiento que apunta hacia avances futuros en la comprensión de la naturaleza de todo tipo de chorros cósmicos y del papel que los campos magnéticos juegan en la formación estelar.

Izquierda: Chorros de radio emitidos por una estrella joven (de color amarillo en el fondo) en esta imagen obtenida por el Telescopio Espacial Spitzer. Las barras amarillas muestran la orientación del campo magnético en el chorro medido por VLA. Las barras verdes muestran la orientación del campo magnético en el envoltorio de polvo que rodea a la joven estrella. A los lados del chorro se pueden ver otras estrellas jóvenes. Crédito: Carrasco-Gonzalez, Curran, Bill Saxton, entre otros. NRAO/AUI/NSF, NASA.

A través del Universo, los chorros de partículas subatómicas son expulsados por tres fenómenos: los agujeros negros supermasivos en los núcleos galácticos, pequeños agujeros negros o estrellas de neutrones que consumen material de sus estrellas compañeras, y jóvenes estrellas en el proceso de acumular masa del medio que las rodea. Antes, los campos magnéticos habían sido detectados en el chorro de los primeros dos, pero hasta ahora, los campos magnéticos no se habían confirmado en los chorros de estrellas jóvenes.

"Nuestro descubrimiento ofrece un indicio fuerte de que los tres tipos de chorros se originan a través de un proceso común," dijo Carlos Carrasco-González, del Instituto de Astrofísica de Andalucía del Consejo de Investigación Nacional (IAA.CSIC) y Luis Rodríguez de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

Los astrónomos usaron el Dispositivo Muy Grande (VLA) de la Fundación Nacional de Ciencias perteneciente a Estados Unidos, para estudiar una estrella joven a unos 5.500 años luz de la Tierra, llamada IRAS 18162-2048. Esta estrella, posiblemente tan masiva como 10 Soles, está expulsando un chorro de 17 años luz de longitud.

Con la observación de este objeto por 12 horas con el VLA, los científicos encontraron que las ondas de radio del chorro tienen una característica que indican que aumentaron cuando los electrones a gran velocidad interactuaron con los campos magnéticos. Esta característica, llamada polarización, ofrece una alineación preferencial a los campos eléctrico y magnético de las ondas de radio.

"Vemos por primera vez que un chorro de una estrella joven comparte esta característica común con los otros tipos de chorros cósmicos," dijo Luis Rodríguez, de la UNAM.

El descubrimiento, dicen los astrónomos, puede incluso llevarlos a obtener una comprensión mejorada de la física de los chorros además del papel que juegan los campos magnéticos en la formación de nuevas estrellas. Los chorros de estrellas jóvenes, a diferencia de otros tipos, emiten radiación que provee información sobre las temperaturas, velocidades, y densidades dentro de los chorros. Esta información, combinada con los datos de los campos magnéticos, puede mejorar la comprensión que los científicos poseen del funcionamiento de estos chorros.

"En el futuro, al combinar varios tipos de observaciones nos podría dar una imagen general de cómo los campos magnéticos afectan a las estrellas jóvenes y todo su alrededor. Esto podría ser un gran avance en la comprensión del proceso de formación estelar," dijo Rodríguez.

Más información:
Artículo en Sott.net

Fuente: Sott.net

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Nuevas simulaciones resuelven un misterio de 20 años sobre la formación de estrellas masivas

El nacimiento de la mayoría de las estrellas masivas -aquellas de diez a cientos de veces la masa de nuestro Sol- han poseído un acertijo astrofísico por décadas. Las estrellas masivas son lo suficientemente densas para fusionar hidrógeno mientras continúan acumulando material de la nube de gas, por lo que era un misterio el por qué su brillante radiación no calienta el gas en caída y lo aleja.

Izquierda: Observación simulada de una estrella masiva vista a lo largo del plano del disco. Esta visualización de la emisión de polvo traza la densidad y temperatura de la nube de gas que rodea a la estrella. Las regiones que están actualmente ionizadas (en rojo) y que han sido ionizadas en el pasado (estructuras en azul) muestran cómo parpadea la nebulosa. Crédito: Thomas Peters, entre otros.

Las nuevas simulaciones realizadas por investigadores afiliados con la Universidad de Heidelberg, el Museo Americano de Historia Natural, la Universidad Nacional Autónoma de México, y el Centro para Astrofísica Harvard-Smithsonian muestran que a medida que la nube de gas colapsa, forma estructuras filamentarias densas que absorben la radiación de la estrella cuando pasa a través de ellas.

Un resultado es que la nebulosa que la rodea parpadea como la llama de una vela. La investigación es publicada en el número actual de The Astrophysical Journal.

"Para formar una estrella masiva, necesitas una cantidad masiva de gas," dijo Mordecai-Mark Mac Low, un co-autor y curador en el Departamento de Astrofísica en el Museo. "La gravedad atrae a ese gas en filamentos que alimentan a las hambrientas estrellas bebés".

Las estrellas se forman cuando enormes nubes de gas colapsan. Una vez que la densidad central y temperatura son lo suficientemente elevadas, el hidrógeno comienza a fusionarse en helio y la estrella comienza a brillar. Las estrellas más masivas, sin embargo, comienzan a brillar cuando las nubes aún están colapsando.

Su luz ultravioleta ioniza el gas que la rodea, formando una nebulosa con una temperatura de 10.000ºC. Esto sugiere que el crecimiento de una estrella masiva debería disminuir o incluso cesar porque el gas que la rodea debería ser expulsado por el calor.

El principal autor Thomas Peters, un investigador en el Centro de Astronomía en la Universidad de Heidelberg y ex miembro de la Fundación Annette Kade en el Museo, y colegas hicieron simulaciones dinámicas de gas en supercomputadoras en el Centro de Computación Avanzado de Texas patrocinado por la Fundación Nacional de Ciencias y los Centros de Computación Leibniz y Juelich en Alemania.

Los resultados del equipo muestran que el gas interestelar alrededor de estrellas masivas no cae de forma pareja sobre la estrella, sino que forma concentraciones filamentosas porque la cantidad de gas es tan grande que la gravedad hace que colapse localmente mientras cae hacia la estrella. Las áreas locales de colapso forman filamentos en espiral.

Cuando la estrella masiva pasa a través de ellos, absorben su radiación ultravioleta, protegiendo el gas circundante. Esta protección explica no sólo cómo el gas puede continar cayendo, sino por qué la nebulosa ionizada observada con radiotelescopios son tan pequeñas: la nebulosa se encoge otra vez cuando no dejan de ser ionizadas, así que durante miles de años la nebulosa parece parpadear, muy parecido a una vela.

"Hasta ahora, sólo se pensaba que estas nebulosas eran burbujas de gas caliente en expansión y el tamaño medido de estas burbujas era usado por los observadores para inferir la edad de su estrella central," dijo Peters.

"Nuestros resultados son de particular importancia porque las simulaciones muestran que no hay, de hecho, relación directa entre el tamaño de la nebulosa y la edad de la estrella masiva, siempre y cuando la estrella esté creciendo aún. Este es el caso sobre una fracción significativa de la vida total de una estrella masiva."

Además de Mac Low y Peter, los autores son Robi Banerjee y Ralf S. Klessen de la Universidad de Heidelberg, Roberto Galván-Madrid de la Universidad Nacional Autónoma de México, y Eric R. Keto del Centro para Astrofísica Harvard-Smithsonian. La investigación fue patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Kade y el Concejo de Investigación Alemán.

Más información:
Artículo en Physorg.com

Fuente: Physorg.com.

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Nuevo hallazgo: campo magnético regula la caída de materia en disco de protoestrella masiva

Un equipo de astrónomos, liderados por el Dr. Wounter Vlemmings, en la Universidad de Bonn, Alemania, ha usado la red del radiotelescopio MERLIN ubicado en el Observatorio Jodrell Bank para demostrar que los campos magnéticos juegan un papel importante durante el nacimiento de estrellas masivas. Los campos magnéticos ya son conocidos por influenciar fuertemente la formación de estrellas de baja masa como nuestro Sol.

Arriba: Representación artística de Cefeo A, una joven estrella masiva. Se ve a los chorros originados desde la estrella que está rodeada por un disco de materia. Las líneas blancas representan al campo magnético en 3D. Crédito: Universidad de Bonn.

Este nuevo estudio revela que la forma en que nacen las estrellas de alta y baja masa pueden ser más similares de lo que se creía. Los científicos publicaron su trabajo en el Monthly Notices de la Sociedad Real Astronómica.

Las estrellas masivas, de más de 8 veces la masa del Sol, son cruciales para la formación de otras estrellas, planetas e incluso la aparición de la vida. Aunque son raras, dominan el contenido y evolución del material interestelar en la galaxia y son responsables de la producción de elementos pesados como hierro. Sin embargo, es difícil responder a la pregunta sobre cuán masivas pueden formarse las estrellas.

El papel de los campos magnéticos en particular ha sido un tema de gran debate. Muchos científicos pensaban que la radiación y turbulencia serían los factores más dominantes, y de ahí que su proceso de formación sería significativamente diferente de otros de estrellas menos masivas como nuestro Sol.

"Mientras que los campos magnéticos han sido observados en las nubes de hidrógeno molectular desde las cuales se forman las estrellas, las observaciones cercanas a estrellas masivas hasta ahora han provisto menos resultados," dijo Vlemmings. "Si la formación de estrellas masivas es similar a sus contrapartes más livianas, deberíamos ser capaces de detectar los fuertes campos magnéticos necesarios para producir los chorros y estabilizar los discos asociados con ellas."

Por primera vez, Vlemmings y sus colaboradores lograron observar la estructura 3D del campo magnético alrededor del disco de una estrella masiva recientemente en formación (una protoestrella) Cefeo A HW2. A una distancia de 2.300 años luz del Sol, Cefeo A es una de las regiones más cercanas donde se forman estrellas masivas, y observaciones previas de esta región revelaron la presencia de un disco desde el cual el gas se cae sobre HW2.

En sus nuevas observaciones, los astrónomos han encontrado que el campo magnético es sorprendentemente regular e intenso, implicando que está controlando cómo es transferida la materia a través del disco para alimentar a la estrella en proceso de crecimiento.

"Nuestra nueva técnica nos permite por primera vez medir la estructura 3D del campo magnético alrededor de una protoestrella masiva. Podemos ver que su estrucutura es sorprendentemente similar a lo que creíamos sobre cómo luce un campo cuando se forman estrellas mucho más pequeñas," agregó el co-autor Huib Jan van Langevelde, director del Instituto Conjunto para la Interferometría de Línea de Base Muy Larga (JIVE, por sus siglas en inglés) en Europa.

Izquierda: Imagen de la animación del campo magnético en 3D de Cefeo A HW2. Las esferas representan velocidades y son llamadas regiones máser de metanol. Los vectores son los campos magnéticos determinados por esos másers. Los discos de color gris suave y gris oscuro representan a los discos de gas y polvo, respectivamente. Los flujos de radio están indicados por los conos de color azul y rojo. Para ver la animación clic aquí. Crédito: Universidad de Bonn.

Para determinar la estructura del campo magnético, los investigadores usaron el conjunto del radiotelescopio MERLIN para observar las ondas de radio (con una longitud de onda aproximada de 5 cm.) que son amplificadas por moléculas de metanol. Estas moléculas de metanol, el más simple de los compuestos de alcohol, se encuentran en regiones rodeando al disco masivo que se encuentra en HW2, y se extiende sobre una región que es unas 10 veces del tamaño de nuestro Sistema Solar.

Ese tipo de regiones reciben el nombre de másers, porque amplifican la radiación de mircoondas en la misma manera que un láser amplifica la radiación lumínica. Aunque un campo magnético intenso produce sólo una marca muy débil, en la señal proveniente de las moléculas de metanol esta amplificación es lo suficientemente fuerte como para hacer que el nuevo trabajo sea posible.

Estas nuevas observaciones serán una piedra fundamental para uno de los primeros proyectos importantes para ser llevados a cabo con la nueva red de radiotelescopios e-MERLIN.

En comparación a MERLIN, e-MERLIN será 10 veces más sensible. El proyecto, del cual el Dr. Vlemmings es uno de los principales científicos, hará uso de capacidades únicas para mejorar la red y revelar los campos magnéticos y los alrededores inmediatos de muchas protoestrellas masivas de diferentes edades.

Más información:
Cefeo A en el sitio de la Universidad de Bonn
Magnetic field regulated infall on the disc around the massive protostar Cepheus A HW2

Fuente: Universidad de Bonn.

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Nuevo estudio revela que la formación de estrellas ha disminuido

Astrónomos de la Universidad de Arizona (UA) han ayudado a resolver un misterio alrededor del nacimiento de las estrellas en galaxias.

"Sabíamos por más de una década que en el Universo temprano -de 3 a 5 mil millones de años después del Big Bang, o hace 9 a 11 mil millones de años- las galaxias creaban nuevas estrellas a una tasa mucho más rápida que hoy en día," dijo Michael Cooper, del Observatorio Stweard de la UA.

Arriba: La galaxia EGS 1305123 vista a través del Telescopio Espacial Hubble en luz visible (izquierda) no revela ningún indicio de formación estelar. Sin embargo, al usar una combinación de emisión de radio y longitudes infrarrojas, se aprecia un disco masivo y en rotación con un diámetro de 60.000 años luz (derecha). El disco contiene la materia prima necesaria para la formación de estrellas. Crédito: Universidad de Arizona, Tucson.

"Lo que no sabíamos es si esto era porque de alguna manera formaban estrellas más eficientemente o porque había más materia prima -gas molecular y polo- disponible," dijo Benjamin Weiner, un asistente de astronomía en el Obsevatorio Steward.

Comparado a una galaxia promedio de hoy día, que produce estrellas a una tasa similar a diez veces la masa de nuestro Sol por año, la tasa de formación en esas mismas galaxias parece haber sido hasta diez veces más alta cuando eran más jóvenes.

La comunidad científica trató de encontrar una respuesta pero la tecnología disponible sólo podía realizar una inspección en objetos que puedan ser detectados por esos instrumentos. Cooper y sus colegas tuvieron la oportunidad de emplear instrumentos más sensibles y refinaron los métodos de investigación para investigar una mayor cantidad de galaxias.

Las nuevas estrellas se forman a partir de vastas cantidades de gas frío y polvo que constituyen gran parte de una galaxia. Debido a que la materia prima para la formación de estrellas no es fácilmente detectable y los datos sobre su distribución son escasos y difíciles de obtener, los investigadores tenían, hasta el día de hoy, el problema de determinar cualquiera de dos posibilidades: ¿las galaxias típicas contienen aún cantidades suficientes de los ingredientes necesarios para la formación de estrellas, pero que por alguna razón su eficiencia en hacer estrellas ha disminuido a lo largo del tiempo cósmico? o ¿las galaxias actuales forman menos estrellas que en el pasado simplemente porque han usado la mayor parte de sus reservas de gas y polvo en el proceso?

Para encontrar una respuesta los astrónomos deben mirar muy lejos en la distancia y muy lejos en el pasado. Para hacerlo recurren al efecto Doppler.

Como el Universo se encuentra en expansión, la luz emitida por una galaxia que se aleja de nosotros es desplazada a longitudes de onda más largas. Es el corrimiento al rojo.

Este corrimiento al rojo es usado por los astrónomos para determinar la velocidad de alejamiento de una galaxia, lo cual permite calcular su distancia.

Cooper y sus colegas usaron datos de un estudio anterior, en el cual habían inspeccionado a 50.000 galaxias, para elegir una muestra que represente a una población promedio de galaxias. Entonces apuntaron varios telescopios, incluyendo el Hubble, Spitzer y varios radiotelescopios en Francia y California para estudiar estos objetos.

"Al observar esas galaxias en el espectro infrarrojo y medir sus emisiones de frencuencia de radio, fuimos capaces de hacer que sus nubes de gas frío sean visibles," explicó Cooper.

"Lo que encontramos ahora es que las galaxias, al igual que los ancestros de la Vía Láctea tenían una mayor provisión de gas de la que la Vía Láctea tiene hoy," dijo Weiner. "Por eso, han estado haciendo estrellas de acuerdo a las mismas leyes de la física, pero muchas de ellas en un tiempo dado porque tenían una mayor provisión de materia."

El equipo de investigación también obtuvo imágenes revelando el grado de materia para la formación estelar que está en las galaxias. En una imagen de una típica galaxia denominada EGS 1305123 (ver fotografía), vista como era hace unos 5,5 mil millones de años después del Big Bang, las observaciones de los científicos por primera vez muestran un disco masivo y en rotación de cerca de 60.000 años luz de diámetro.

El disco, hecho de gas frío y polvo, es similar en tamaño y estructura al de una galaxia típica como nuestra propia Vía Láctea, y da una muestra de cómo habría lucido hace unos 8,5 mil millones de años.

"De nuestro estudio, sabemos ahora que las galaxias típicas en el Universo temprano contenían de tres a diez veces más gas molecular que hoy," afirmó Cooper, "una fuerte indicación de que la tasa de formación estelar ha disminuido porque esas galaxias tienen menos materia prima disponible en comparación a cuando eran más jóvenes y no porque hubo un cambio en la eficiencia con la cual hacen nuevas estrellas."

Más información:
Artículo en el sitio de la Universidad de Arizona

Fuente: Universidad de Arizona.

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