La super burbuja secreta del vecindario solar

Astrobites es una organización dirigida por estudiantes de posgrado que digiere literatura astrofísica para estudiantes de pregrado y público interesado. El siguiente artículo es un comentario por el estudiante de posgrado H Perry Hatchfield del paper descrito a continuación.

Título: The Per-Tau Shell: A Giant Star-Forming Spherical Shell Revealed by 3D Dust Observations.

Autores:  Shmuel Bialy, Catherine Zucker, Alyssa Goodman, Michael M. Foley, João Alves, Vadim A. Semenov, Robert Benjamin, Reimar Leike, Torsten Enßlin

Institution del primer autor: Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, 60 Garden st., Cambridge, MA, 02138

Estado: Published in ApJ Letters [open access].

Las nubes moleculares son las hermosas y complejas formaciones de gas denso a partir de las cuales se forman las estrellas. Representan una fase importante del ciclo bariónico, en el que el gas se condensa para formar estrellas, las más masivas de las cuales arrojan vientos y explotan como supernovas para liberar su material de regreso al espacio, condensándose finalmente para formar más nubes. Comprender la estructura de estas nubes y la forma en que se forman es extremadamente importante para restringir los detalles de este ciclo de vital importancia.  Desafortunadamente, puede ser difícil medir sus propiedades con precisión cuando todo lo que obtenemos es una proyección bidimensional de las nubes en el plano del cielo. 

Fig. 1. Las nubes moleculares bien estudiadas llamadas Tauro y Perseo se encuentran una al lado de la otra en el plano del cielo, pero eso no significa que estén directamente conectadas. El panel izquierdo muestra las nubes resaltadas en color contra un mapa de polvo en escala de grises. El panel de la derecha muestra la distancia de la línea de visión a diferentes componentes de alta densidad de esta parte del cielo. Está claro que la nube de Perseo se encuentra a unos doscientos parsecs más lejos de nosotros que Tauro, y el aparente puente entre ellos es una ilusión de proyección de línea de visión.  Figura tomada del ‘paper’ de los autores.

Revelando la estructura de las nubes moleculares

Las nubes moleculares de Perseo y Tauro son un excelente ejemplo: dos nubes moleculares aparecen cerca una de la otra en el plano del cielo, aunque las estimaciones de sus distancias sugieren que en realidad están separadas por más de doscientos parsecs. Si bien se ha sugerido que su superposición no es una coincidencia y que podrían ser parte de la misma estructura más grande, es imposible probar algo por el estilo sin tener una idea detallada de la estructura 3D de las nubes y su entorno. Hasta hace poco, ese tipo de mapeo de alta precisión no era factible, pero los autores del artículo de hoy utilizan una sofisticada técnica de modelado 3D que se basa en datos de Gaia para revelar la estructura oculta de estos complejos de nubes y el secreto explosivo de su origen. 

a)_ Utilizando las medidas precisas de Gaia de la distancias a las estrellas de ambas regiones

La técnica utilizada por los autores combina dos tipos diferentes de mediciones: distancias muy precisas a las estrellas y mediciones detalladas de la densidad de la columna de gas entre nosotros y esas estrellas. Una de nuestras mejores formas de medir la distancia a una estrella es medir el (o laparalaje. Si puedes medir cuidadosamente el movimiento de una estrella contra el fondo de objetos más distantes detrás de ella, puedes calcular la distancia a esa estrella. La precisión de esa distancia está limitada principalmente por la precisión con la que se puede medir el desplazamiento de la estrella contra el fondo. Los resultados recientes de Gaia han revolucionado tanto la cantidad como la precisión de las mediciones de paralaje de las estrellas de la Vía Láctea.

Fig 2. Dos vistas de la capa de Per-Tau recientemente identificada, un remanente de supernova que se originó hace entre 6 y 22 millones de años. El panel de la izquierda muestra la región desde nuestra perspectiva del Sistema Solar, y el panel de la derecha muestra una vista lateral que revela mejor la estructura 3D de la burbuja. Las bien estudiadas nubes moleculares Perseo y Tauro aparecen cerca desde la perspectiva del Sol, pero el mapa 3D producido por los autores muestra que estas nubes están realmente en lados opuestos de la super capa. Figura tomada del ‘paper’ de los autores

b)_ Determinando la cantidad de gas en las regiones observadas, en 3D

La densidad de la columna se puede medir modelando la fotometría de estas estrellas: si mides la luz que emite la estrella y sabes lo que se esperaría de ese tipo de estrella en ausencia de polvo, entonces puedes determinar la cantidad de polvo que bloquea la luz en la «columna» a lo largo de la línea de visión. Luego, al hacer algunas suposiciones sobre la relación entre el gas y el polvo, puedes usar esas medidas de extinción de luz por el polvo para calcular la densidad de la columna de gas entre tú y la estrella. Pero una de las características más poderosas de Gaia es la asombrosa cantidad de fuentes (estrellas), y eso es lo que hace que este mapeo 3D sea factible. Con una muestra lo suficientemente grande de estrellas (y por lo tanto puntos de datos con mediciones de distancia y densidad ascendente integrada a lo largo de la línea de visión) dispersas por toda la región de interés, es posible determinar la distribución 3D del material. 

Estructura de la distribución espacial (3D) de las nubes y su posible origen

Al observar la distribución espacial completa de ese gas en 3D, surge una estructura coherente. ¡Las nubes moleculares de Perseo y Tauro parecen ser parte de una super burbuja masiva impulsada por un cúmulo de supernovas antiguas! Los autores han producido algunas hermosas figuras interactivas y herramientas de visualización de realidad aumentada, lo que hace que sea más fácil sumergirse en el mapa 3D producido y obtener una visión más práctica de la estructura revelada por sus datos; definitivamente vale la pena echarle un vistazo.

Estimando la edad de las nubes de Perseo y Tauro

Utilizando el tamaño de la burbuja y el hecho de que parece que ya no se expande, los autores estiman que la edad del cúmulo cataclísmico de explosiones estelares que crearon la cáscara sucedió hace entre 6 y 22 millones de años. La fuerza de esa explosión desplazó el gas en el (o la) caparazón, lo que quizás condujo a la formación de estrellas que ahora podemos observar en las nubes moleculares de Perseo y Tauro. Si la retroalimentación estelar (como las supernovas) es responsable de desencadenar o suprimir la formación de nuevas estrellas sigue siendo un tema importante de investigación. Este estudio destaca los peligros de hacer suposiciones sobre lo que vemos proyectado en el plano del cielo y las emocionantes revelaciones que pueden surgir al romper la maldición de la confusión de la línea de visión.

Astrobite editado por Ciara Johnson

Fuente: Astrobite.

Artículo original: The Secret Solar Neighborhood Superbubble. H Perry HatchfieldDaily Paper Summaries. Nov 2, 2021.

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Las últimas supernovas del vecindario y la Burbuja Local

Simulación de la explosión de un supernova, ‘fuegos artificiales’ a gran escala. Crédito: Michael Schulreich.

Hace 1,5 millones de años se produjo una supernova a unos 96 pársecs de distancia en la constelación de Libra, y unos 800.000 años antes lo hizo otra a 91 pársecs en la del Lobo. Su huella en forma de hierro detectado en las profundidades del océano Pacífico, junto con los datos del satélite Hipparcos, confirman ahora que estas explosiones estelares son las más recientes y cercanas a nosotros.

Además, el estudio proporciona una visión general de la formación de estrellas en nuestro ambiente estelar local, sobre todo de la denominada Burbuja Local, una cavidad de la Vía Láctea con baja densidad y unos 600 x 600 x 1200 años luz de extensión en la que también viaja nuestro Sistema Solar.

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Sosteniendo viveros estelares en tus manos

Los primeros viveros estelares impresos en 3D son esferas muy pulidas del tamaño de una pelota de béisbol, en las que los grupos y filamentos arremolinados representan nubes de gas y polvo que forman estrellas. Los investigadores crearon los modelos utilizando datos de simulaciones de nubes de formación de estrellas y un proceso de impresión 3D en el que las densidades y gradientes de las nubes a escala fina están incrustados en una resina transparente. Crédito: Saurabh Mhatre.

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