Simulaciones resuelven un enigma de 20 años

El nacimiento de la mayoría de las estrellas masivas -aquellas de diez a cientos de veces la masa del Sol- han planteado un enigma para los astrofísicos 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 radiación no calentaba el gas y lo alejaba.

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 densas estructuras filamentosas 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 The Astrophysical Journal.

"Para formar una estrella masiva, se necesita grandes cantidades 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 10.000 grados Celsius. 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 gases 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 uniformemente 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, como una vela.

"Hasta ahora, 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".

Imagen: 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.

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