Una región cercana de formación de estrellas da pistas sobre la formación de nuestro Sistema Solar

El complejo de formación estelar de Ophiuchus ofrece un análogo para la formación del Sistema Solar, incluidas las fuentes de elementos que se encuentran en los meteoritos primitivos.

Las observaciones de múltiples longitudes de onda de la región de formación de estrellas de Ophiuchus revelan interacciones entre nubes de gas de formación de estrellas y radionucleidos producidos en un cúmulo cercano de estrellas jóvenes. 
La imagen superior (a) muestra la distribución del aluminio-26 en rojo, trazada por las emisiones de rayos gamma. 
El cuadro central representa el área cubierta en la imagen inferior izquierda (b), que muestra la distribución de protoestrellas en las nubes de Ophiuchus como puntos rojos. 
El área en el cuadro se muestra en la imagen inferior derecha (c), una imagen compuesta de color infrarrojo cercano profundo de la nube L1688, que contiene muchos núcleos de gas denso prestelares bien conocidos con discos y protoestrellas (ver imagen más grande a continuación). 
Crédito: Forbes et al., Nature Astronomy 2021.

Una región de formación estelar activa en la constelación de Ophiuchus está dando a los astrónomos nuevos conocimientos sobre las condiciones en las que nació nuestro propio Sistema Solar. En particular, un nuevo estudio del complejo de formación estelar de Ophiuchus muestra cómo nuestro Sistema Solar puede haberse enriquecido con elementos radiactivos de corta duración.

La evidencia de este proceso de enriquecimiento ha existido desde la década de 1970, cuando los científicos que estudiaban ciertas inclusiones minerales en meteoritos concluyeron que eran remanentes prístinos del Sistema Solar infantil y que contenían los productos de desintegración de radionúclidos de vida corta. Estos elementos radiactivos podrían haber sido transportados al naciente Sistema Solar por una estrella cercana en explosión (una supernova) o por los fuertes vientos estelares de un tipo de estrella masiva conocida como estrella Wolf-Rayet.

Los autores del nuevo estudio, publicado el 16 de Agosto en Nature Astronomy , utilizaron observaciones de múltiples longitudes de onda de la región de formación de estrellas de Ophiuchus, incluidos nuevos datos infrarrojos espectaculares, para revelar interacciones entre las nubes de gas de formación de estrellas y los radionúclidos producidos en un cúmulo de estrellas jóvenes cercano. Sus hallazgos indican que las supernovas en el cúmulo de estrellas son la fuente más probable de radionucleidos de corta duración en las nubes de formación estelar.

Un posible escenario de formación del Sistema Solar

Imagen compuesta en color de infrarrojo cercano profundo de la nube L1688 en el complejo de formación estelar de Ophiuchus del sondeo público VISIONS European Southern Observatory, donde el azul, el verde y el rojo se asignan a las bandas NIR J (1,2 μm), H (1,6 μm) y KS (2,2 μm), respectivamente. 
Crédito de la imagen: João Alves / ESO VISIONS.

«Nuestro Sistema Solar probablemente se formó en una nube molecular gigante junto con un cúmulo estelar joven, y uno o más eventos de supernovas de algunas estrellas masivas en este cúmulo contaminaron el gas que se convirtió en el Sol y su sistema planetario», dijo el coautor Douglas. NC Lin, Profesor emérito de Astronomía y Astrofísica en UC Santa Cruz. «Aunque este escenario ha sido sugerido en el pasado, la fortaleza de este documento es utilizar observaciones de múltiples longitudes de onda y un análisis estadístico sofisticado para deducir una medida cuantitativa de la probabilidad del modelo».

Utilizando múltiples longitudes de onda para detectar un flujo de Aluminio-26

El primer autor, John Forbes, del Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron, dijo que los datos de los telescopios de rayos gamma basados ​​en el espacio permiten la detección de rayos gamma emitidos por el radionúclido de corta duración aluminio-26. “Estas son observaciones desafiantes. Solo podemos detectarlo de manera convincente en dos regiones de formación estelar, y los mejores datos provienen del complejo de Ophiuchus”, dijo.

El complejo de nubes de Ophiuchus contiene muchos núcleos protoestelares densos en varias etapas de formación de estrellas y desarrollo de discos protoplanetarios, que representan las primeras etapas en la formación de un sistema planetario. Al combinar datos de imágenes en longitudes de onda que van desde milímetros hasta rayos gamma, los investigadores pudieron visualizar un flujo de Aluminio-26 desde el cúmulo de estrellas cercano hacia la región de formación estelar de Ophiuchus.

«El proceso de enriquecimiento que estamos viendo en Ophiuchus es consistente con lo que sucedió durante la formación del Sistema Solar hace 5 mil millones de años», dijo Forbes. «Una vez que vimos este buen ejemplo de cómo podría suceder el proceso, nos dispusimos a intentar modelar el cúmulo de estrellas cercano que produjo los radionucleidos que vemos hoy en los rayos gamma».

Desarrollando un modelo para hallar las probabilidades de diferentes escenarios para la producción del Aluminio-26

Forbes desarrolló un modelo que da cuenta de cada estrella masiva que podría haber existido en esta región, incluida su masa, edad y probabilidad de explotar como una supernova, e incorpora los rendimientos potenciales de Aluminio-26 de los vientos estelares y las supernovas. El modelo le permitió determinar las probabilidades de diferentes escenarios para la producción del aluminio-26 que se observan en la actualidad.

“Ahora tenemos suficiente información para decir que hay un 59 por ciento de probabilidades de que se deba a supernovas y un 68 por ciento de probabilidades de que provenga de múltiples fuentes y no solo de una supernova”, dijo Forbes.

Este tipo de análisis estadístico asigna probabilidades a escenarios que los astrónomos han estado debatiendo durante los últimos 50 años, señaló Lin. «Esta es la nueva dirección de la astronomía, para cuantificar la probabilidad», dijo.

Otros resultados del estudio

Los nuevos hallazgos también muestran que la cantidad de radionúclidos de vida corta incorporados en sistemas estelares recién formados puede variar ampliamente. “Muchos nuevos sistemas estelares nacerán con abundancias de aluminio-26 en línea con nuestro Sistema Solar, pero la variación es enorme, varios órdenes de magnitud”, dijo Forbes. “Esto es importante para la evolución temprana de los sistemas planetarios, ya que el aluminio-26 es la principal fuente de calentamiento temprano. Más aluminio-26 probablemente significa planetas más secos».

Los datos infrarrojos, que permitieron al equipo mirar a través de nubes polvorientas hasta el corazón del complejo de formación de estrellas, fueron obtenidos por el coautor João Alves de la Universidad de Viena como parte del estudio VISION del Observatorio Europeo Austral de viveros estelares cercanos utilizando el telescopio VISTA en Chile.

“No hay nada especial en Ophiuchus como región de formación estelar”, dijo Alves. «Es solo una configuración típica de gas y estrellas masivas jóvenes, por lo que nuestros resultados deberían ser representativos del enriquecimiento de elementos radiactivos de vida corta en la formación de estrellas y planetas a lo largo de la Vía Láctea».

El equipo también utilizó datos del Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea (ESA), el satélite Planck de la ESA y el Observatorio Compton de Rayos Gamma de la NASA.

Fuente: Universidad de California, Santa Cruz (UC Santa Cruz).

Artículo original:Nearby star-forming region yields clues to the formation of our Solar System‘. Tim Stephen. August 16, 2021.

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