Perforando los oscuros lugares de nacimiento de estrellas masivas

Las estrellas de alta masa, que son ocho o más veces la masa de nuestro Sol, viven duramente y mueren jóvenes. A menudo terminan su corta vida en explosiones violentas llamadas supernovas, pero sus nacimientos son mucho más misteriosos. Se forman en nubes muy densas y frías de gas y polvo, pero se sabe poco sobre estas regiones. En 2021, poco después del lanzamiento del telescopio espacial James Webb de la NASA, los científicos planean estudiar tres de estas nubes para comprender su estructura.

“Lo que estamos tratando de hacer es observar los lugares de nacimiento de estrellas masivas”, explicó Erick Young, investigador principal de un programa que utilizará Webb para estudiar este fenómeno. Es astrónomo de la Asociación de Investigación Espacial de las Universidades en Columbia, Maryland. “Determinar la estructura real de las nubes es muy importante para tratar de comprender el proceso de formación de estrellas”, dijo.

Estas nubes frías, que pueden tener hasta 100.000 veces la masa del Sol, son tan densas que aparecen como grandes manchas oscuras en el cielo. Si bien parecen desprovistos de estrellas, las nubes en realidad solo oscurecen la luz de las estrellas de fondo. Estos parches oscuros son tan espesos que incluso bloquean algunas longitudes de onda de luz infrarroja, un tipo de luz que es invisible para los ojos humanos y que generalmente puede penetrar a través de nubes polvorientas. Es por eso que se llaman “nubes oscuras infrarrojas”. Sin embargo, la sensibilidad sin precedentes de Webb permite observaciones de estrellas de fondo incluso a través de estas regiones muy densas.

Entornos de nacimiento y masa de galletas

Para comprender cómo se forman las estrellas masivas, debes comprender el entorno en el que se forman. Pero una de las cosas que hace que el estudio de la formación estelar masiva sea tan difícil es que tan pronto como una estrella se enciende, irradia una intensa luz ultravioleta y vientos fuertes y poderosos.

“Estas fuerzas destruyen el ambiente de nacimiento en el que se creó la estrella”, explicó Cara Battersby, experta en física de nubes oscuras infrarrojas, profesora asistente de física en la Universidad de Connecticut. “El entorno que estás viendo después de que se formó es totalmente diferente del entorno que condujo a su formación en primer lugar. Y dado que sabemos que las nubes infrarrojas oscuras son lugares donde se pueden formar estrellas masivas, si observamos sus antes de que las estrellas se hayan formado o hayan comenzado a formarse, podemos estudiar qué entorno se necesita para formar esas estrellas masivas “.

Battersby compara el proceso con hornear galletas: tan pronto como las horneas, son totalmente diferentes a la masa en sí. Si nunca antes ha visto masa, es posible que no tenga una buena idea de cómo sería ese proceso de horneado. Las nubes oscuras infrarrojas son como la masa cruda antes de hornearla. Estudiar estas nubes es similar a tener la oportunidad de mirar la masa de galletas, ver qué entra y aprender cuál es su consistencia.

La importancia de las estrellas masivas

Comprender las estrellas masivas y sus entornos es importante por una variedad de razones. Primero, en sus muertes explosivas, liberan muchos elementos que son esenciales para la vida. Los elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, incluidos los componentes básicos de la vida en la Tierra, provienen del interior de estrellas masivas. Las estrellas masivas han transformado un universo que estaba compuesto casi por completo de hidrógeno al entorno rico y complejo que puede producir planetas y personas.

Las estrellas masivas también producen enormes cantidades de energía. Tan pronto como nacen, emiten luz, radiación y vientos que pueden crear burbujas en el medio interestelar, posiblemente provocando la formación de estrellas en diferentes lugares. Estas burbujas en expansión también podrían romper una región donde se están formando nuevas estrellas. Finalmente, cuando una estrella masiva muere en una explosión espectacular, cambia para siempre su entorno.

Los objetivos

El estudio enfocará a Webb en las siguientes tres áreas.

El Ladrillo: una de las nubes más oscuras infrarrojas de nuestra galaxia, esta nube en forma de ladrillo reside cerca del centro de la galaxia, a unos 26,000 años luz de la Tierra. Más de 100,000 veces la masa del Sol, el Ladrillo no parece estar formando estrellas masivas, todavía. Pero tiene tanta masa en un área tan pequeña que si forma estrellas, como los científicos creen que debería ser, sería uno de los cúmulos estelares más masivos de nuestra galaxia, al igual que los cúmulos Arcos y Quintillizos, también en el barrio del centro de la galaxia.

La serpiente: con un nombre inspirado en su forma serpentina, esta nube extremadamente filamentosa está a unos 12,000 años luz de distancia con una masa total de 100,000 soles. Dispersas a lo largo de la Serpiente hay nubes cálidas y densas de polvo, cada una de las cuales contiene aproximadamente 1,000 veces la masa del Sol en gas y polvo. Estas nubes están siendo calentadas por estrellas jóvenes y masivas que se forman dentro de ellas. La Serpiente puede ser una sección de un filamento mucho más largo que es un “Hueso de la Vía Láctea”, que traza la estructura espiral de la galaxia.

IRDC 18223: Ubicada a unos 11,000 años luz de distancia, esta nube también es parte de un “Hueso de la Vía Láctea”. Muestra una formación estelar activa y masiva que ocurre en un lado, mientras que el otro lado parece completamente silencioso e imperturbable. Una burbuja en el lado activo ya está comenzando a destruir el filamento inicial que estaba allí antes. Si bien el lado inactivo aún no ha comenzado a formar estrellas, probablemente lo hará pronto.

La técnica

Para estudiar estas nubes, Young y su equipo utilizarán estrellas de fondo como sondas. “Cuantas más estrellas tengas, más líneas de visión diferentes”, dijo Young. “Cada uno es como un pequeño rayo de lápiz, y midiendo el color de la estrella, puede evaluar cuánto polvo hay en esa línea de visión particular”.

Los científicos harán mapas, básicamente imágenes muy profundas, en cuatro longitudes de onda infrarrojas diferentes. Cada longitud de onda tiene una capacidad diferente de penetrar en la nube. “Si miras una estrella determinada y ves que en realidad es mucho más roja de lo que esperas, entonces puedes suponer que su luz realmente ha atravesado un poco de polvo, y el polvo ha hecho que el color sea más rojo que la típica estrella sin obscurecer”. dijo Young.

Al observar la diferencia de color basada en estas cuatro mediciones diferentes en el infrarrojo cercano, y comparar eso con un modelo de oscurecimiento y enrojecimiento del polvo, Young y su equipo pueden medir el polvo en esa línea de visión particular. Webb les permitirá hacer eso por miles y miles de estrellas que penetran en cada nube, dándoles una gran cantidad de puntos de datos. Dado que la mayoría de las estrellas de un tipo dado son similares entre sí en brillo y color, cualquier diferencia marcada que Webb pueda observar se debe principalmente a los efectos del material entre nosotros y las estrellas.

Solo con Webb

Este trabajo solo puede realizarse debido a la exquisita sensibilidad de Webb y su excelente resolución angular. La sensibilidad de Webb permite a los científicos ver estrellas más débiles y una mayor densidad de estrellas de fondo. Su resolución angular, la capacidad de distinguir pequeños detalles de un objeto, permite a los astrónomos discriminar entre estrellas individuales.

Esta ciencia se está llevando a cabo como parte de un programa de Observaciones de Tiempo Garantizado Webb (GTO). Este programa está diseñado para recompensar a los científicos que ayudaron a desarrollar los componentes clave de hardware y software o el conocimiento técnico e interdisciplinario para el observatorio. Young formó parte del equipo original de instrumentos que construyó el instrumento de cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) de Webb.

El telescopio espacial James Webb será el principal observatorio de ciencia espacial del mundo cuando se lance en 2021. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mirará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar. en eso. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.

Para obtener más información sobre Webb, visite: http: // www.nasagov /webb

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