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¿Cómo nacen las estrellas? La respuesta no es fácil, pero hemos avanzado un paso más hacia la solución del problema.

Un grupo de astrofísicos de la Universidad de California, Berkeley, y del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) ha destruido una de las dos teorías que competían sobre la forma en que nacen las estrellas, dentro de inmensas nubes de gas interestelar.

Utilizando simulaciones de súper computadora que toman en cuenta la turbulencia que se produce dentro de una nube que está colapsando para formar una estrella, los investigadores concluyen en que el modelo de “acreción competitiva” no puede explicar lo que los astrónomos observan en las regiones de formación estelar estudiadas hasta la fecha.

Un corte a través de una simulación 3D de un turbulenta acumulación de hidrógeno molecular, que muestra en rojo las regiones más densas. El acercamiento muestra una protoestrella acretando gas y creando una densa estela detrás de ella. La simulación demuestra que una estrella, después de haberse formado, no puede acretar mucho más gas de la acumulación que la rodea, contradiciendo la teoría de la acreción competitiva.Crédito:Mark Krumholz

Ese modelo, que tiene menos de 10 años de edad y que es impulsado por algunos astrónomos británicos, predice que las nubes de hidrógeno interestelar desarrollan acumulaciones en las cuales se forman varios núcleos pequeños, las semillas de las futuras estrellas. Estos núcleos, de menos de un año luz de diámetro, colapsan bajo su propia gravedad y compiten por el gas de la acumulación que los rodea, ganando a menudo entre 10 a 100 veces su masa original.

El modelo alternativo, denominado a menudo como la teoría de “fragmentación y colapso gravitatorio”, supone también que las nubes desarrollan acumulaciones en las cuales se forman núcleos proto-estelares. Pero en esta teoría, los núcleos son grandes y, si bien pueden fragmentarse en trozos más pequeños para formar sistemas estelares binarios o múltiples, ya contienen toda la masa que tendrán jamás.

“En la acreción competitiva, los núcleos son semillas que crecen para convertirse en estrellas; en nuestro escenario, los núcleos se convierten en estrellas”, explicó Chris McKee, profesor de física y astronomía en UC Berkeley. “Las observaciones realizadas hasta la fecha, que se enfocan principalmente en regiones de formación de estrellas de poca masa, como el Sol, son consistentes con nuestro modelo e inconsistentes con el otro”.

Diagrama de formación estelar por colapso gravitatorio: a) Nube oscura con núcleo denso. b) Colapso gravitatorio. c) Formación de una estrella. d) Fase T-Tauri. e) Poco antes de entrar en la secuencia principal. f) Joven sistema estelar. Crédito:Caltech

“La acreción competitiva es la gran teoría de formación estelar en Europa, y ahora creo que es una teoría muerta”, agregó Richard Klein, un profesor adjunto de astronomía en UC Berkeley e investigador en LLNL.

Mark R. Krumholz, ahora miembro post-doctoral de la Universidad de Princeton, McKee y Klein informan sobre sus hallazgos en el número del 17 de noviembre de Nature.

Ambas teorías intentan explicar cómo se forman las estrellas en las nubes frías de hidrógeno molecular, con quizás hasta 100 años luz de diámetro y que contienen 100 000 veces la masa de nuestro Sol. Tales nubes han sido fotografiadas en brillantes colores por los telescopios espaciales Hubble y Spitzer, pero la dinámica del colapso de una nube en una o más estrellas está muy lejos de quedar clara. Una teoría de formación estelar resulta crítica para comprender cómo es que se forman las galaxias y los racimos de galaxias, dijo McKee.

“La formación estelar es un problema muy complejo, con cuestiones tales como la forma en que nacen las estrellas como el Sol, porqué un gran número de estrellas se encuentran en sistemas binarios, y cómo es que se crean las estrellas que tienen de 10 a 100 veces la masa del Sol”, dijo. “Las estrellas más masivas son importantes porque, cuando explotan como supernovas, producen la mayor parte de los elementos pesados que vemos en el material que nos rodea”.

El modelo de acreción competitiva fue pergeñado a fines de la década de 1990 en respuesta a los problemas del modelo de colapso gravitatorio, que parecía tener dificultades para explicar cómo se forman las grandes estrellas. En particular, la teoría no podía explicar la razón por la cual la intensa radiación de una gran protoestrella no expulsa las capas exteriores de la estrella e impide que crezca hasta hacerse más grande, aún cuando los astrónomos habían descubierto estrellas que tenían hasta 100 masas solares.

NGC 604, nebulosa de formación estelar ubicada a 2,7 millones de años luz de distancia en un brazo espiral de la galaxia M33, en la constelación del Triángulo.Crédito: NASA

Mientras que los teóricos, y entre ellos McKee, Klein y Krumholz, han logrado hacer avanzar la teoría del colapso gravitatorio un poco más hacia la explicación de este problema, la teoría de acreción competitiva ha entrado crecientemente en conflicto con las observaciones. Por ejemplo, esta teoría predice que las enanas marrones (que son estrellas fallidas) son expulsadas de las acumulaciones y pierden los discos de gas y polvo que las rodean. Durante el pasado año, sin embargo, se han encontrado numerosas enanas marrones con discos planetarios.

“Los teóricos de la acreción competitiva han ignorado estas observaciones”, dijo Klein. “La comprobación final de cualquier teoría es la forma en que concuerda con las observaciones, y en este caso la teoría del colapso gravitatorio parece ser una clara vencedora”.

El modelo utilizado por Krumholz, McKee y Klein es una simulación de súper-computadora de la complicada dinámica del gas dentro de una turbulenta y giratoria nube de hidrógeno molecular mientras se incorpora a una estrella. El suyo es el primer estudio de los efectos de la turbulencia en la velocidad en que una estrella acreta materia a medida que se traslada por una nube de gas, y demuele la teoría de la “acreción competitiva”.

Empleando 256 procesadores paralelos en el Centro de Súper-computadoras de San Diego en UC San Diego, corrieron su modelo durante casi dos semanas para demostrar que representaba fielmente la dinámica de formación estelar.

Región de formación estelar S106 IRS4, a 2 000 años luz de distancia.Crédito: Subaru Telescope

“Durante seis meses trabajamos con simulaciones muy, muy detalladas de alta resolución para desarrollar esa teoría”, dijo Klein. “Luego, teniendo la teoría en la mano, la aplicamos a regiones de formación estelar con las propiedades que se podían recoger de una zona de ese tipo”.

Los modelos, que también se corrieron en súper-computadoras en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y en LLNL, demostraron que la turbulencia del núcleo y de la acumulación que lo rodeaba impedirían que la acreción agregara mucha masa a la protoestrella.

“Hemos demostrado que, a causa de la turbulencia, una estrella no puede acretar eficazmente mucha más masa desde la acumulación que la rodea”, dijo Klein. “En nuestra teoría, una vez que un núcleo colapsa y se fragmenta, la estrella tiene básicamente toda la masa que tendrá alguna vez. Si nació en un núcleo de poca masa, terminará siendo una estrella de poca masa. Si nació en un núcleo de mucha masa, puede llegar a ser una estrella muy masiva”.

McKee destacó que la simulación de súper-computadora de los investigadores indica que la acreción competitiva puede funcionar bien en nubes pequeñas con poca turbulencia, pero estas ocurren muy pocas veces, si es que lo hacen, y hasta la fecha no se ha observado ninguna. Las regiones reales de formación estelar presentan mucha más turbulencia que la asumida en el modelo de acreción, y esa turbulencia no desaparece rápidamente, como el modelo supone. Algunos procesos desconocidos, quizás materia que fluye de las protoestrellas, mantiene a los gases en agitación, de modo que el núcleo no colapsa rápidamente.

Representación artística del radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter Array = Gran Conjunto Milimétrico de Atacama) en configuración compacta, a instalarse en Chajnantor, Chile.Crédito: ALMA

“La turbulencia se opone a la gravedad; sin ella, una nube molecular colapsaría mucho más rápidamente que lo observado”, dijo Klein. “Ambas teorías asumen que la turbulencia existe. La clave está en que existen procesos en funcionamiento cuando las estrellas comienzan a formarse que mantienen viva la turbulencia e impiden que desaparezca. El modelo de acreción competitiva no tiene forma de eliminar esto de sus cálculos, lo que significa que no está modelando regiones reales de formación estelar”.

Klein, McKee y Krumholz continúan refinando su modelo para explicar cómo escapa la radiación de las protoestrellas grandes sin expulsar todo el gas que está cayendo hacia la misma. Por ejemplo, han demostrador que algo de la radiación puede escapar a través de las cavidades creadas por los chorros que se ha observado salen de los polos de muchas estrellas en formación.

Muchas de las predicciones de la teoría pueden ser respondidas por telescopios nuevos y más grandes que están ahora en construcción, en particular el sensible y de alta resolución telescopio ALMA, que está siendo construido en Chile por un consorcio de astrónomos estadounidenses, europeos y japoneses, dijo McKee.

El trabajo fue apoyado por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Energía.

Páginas web relacionadas

-- Clasificación estelar



Traducido para Astroseti.org por
Heber Rizzo Baladán

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Web Site: UC Berkeley News
Artículo: “Astrophysicists put kibosh on alternative theory of star formation”
Autor: Robert Sanders
Fecha: Noviembre 16, 2005

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