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Utilizando el Telescopio Espacial James Webb (JWST), los astrónomos han obtenido una imagen más detallada de los turbulentos “panqueques” de gas y polvo que rodean a las estrellas jóvenes, alimentándolas y facilitando su crecimiento antes de que nazcan planetas.
JWST recopiló nuevos detalles sobre los flujos de gas de “vientos de cambio” que soplan a través de estos discos protoplanetarios, moldeando sus formas. En el proceso de hacer esto, el poderoso telescopio espacial vio evidencia de un mecanismo planteado durante mucho tiempo como hipótesis que permite a una estrella joven recolectar del disco el material que necesita para crecer.
Un equipo dirigido por astrónomos de la Universidad de Arizona recopiló observaciones de cuatro sistemas de discos protoplanetarios, todos los cuales parecen de canto cuando se ven desde la Tierra. Constituyendo la mirada más completa a las fuerzas que dan forma a los discos protoplanetarios, ofrecen una instantánea de cómo eran nuestro sistema solar y nuestro sol naciente hace unos 4.600 millones de años, antes de la formación de la Tierra y los demás planetas.
“Nuestras observaciones sugieren fuertemente que hemos obtenido las primeras imágenes detalladas de los vientos que pueden eliminar el momento angular y resolver el problema de larga data de cómo se forman las estrellas y los sistemas planetarios”, dijo la líder del equipo Ilaria Pascucci, del Laboratorio Planetario y Lunar de la Universidad de Arizona. dijo en un comunicado.
“La forma en que una estrella acumula masa tiene una gran influencia en cómo evoluciona el disco circundante con el tiempo, incluida la forma en que se forman los planetas más adelante”, dijo Pascucci. “No se han entendido las formas específicas en que esto sucede, pero creemos que los vientos impulsados por campos magnéticos a través de la mayor parte de la superficie del disco podrían desempeñar un papel muy importante”.
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La investigación del equipo fue publicada el viernes (4 de octubre) en la revista Nature Astronomy..
Seguimiento de los vientos de cambio alrededor de las estrellas infantiles
Se estima que dentro de la porción del cosmos que la humanidad es capaz de ver, nacen la asombrosa cifra de 3.000 estrellas cada segundo. En su infancia, esos cuerpos estelares se denominan “protoestrellas” y están rodeados por un capullo prenatal de gas y polvo, a partir del cual se formaron.
Con el tiempo, esta nube se aplana a medida que gira alrededor de la protoestrella, que se alimenta de ella para reunir suficiente masa para iniciar la fusión de hidrógeno en helio en su núcleo. Este proceso define qué es una secuencia principal o estrella “adulta”.
Sin embargo, para que la protoestrella se alimente y crezca, el gas que gira a su alrededor debe perder momento angular. Si no lo hiciera, simplemente continuaría girando alrededor de la protoestrella a perpetuidad, suspendida y nunca cayendo a su superficie.
Sin embargo, a pesar de lo ubicuo que debe ser este proceso en el cosmos, los científicos han luchado por comprender el mecanismo detrás de la pérdida de inercia. Una sugerencia que ha ganado apoyo recientemente es que los vientos impulsados por el magnetismo que atraviesan el disco protoplanetario podrían canalizar gas desde su superficie, llevándose el momento angular.
Tracy Beck, miembro del equipo e investigador del Instituto Científico del Telescopio Espacial de la NASA, señaló que debido a que otros mecanismos están en funcionamiento generando vientos en los discos protoplanetarios, era clave para el equipo distinguir entre estos procesos.
Por ejemplo, el campo magnético de una protoestrella crea un “viento X” que expulsa material en el borde interior del disco protoplanetario. Mientras tanto, la intensa radiación de la estrella bebé explota material en las partes exteriores del disco, provocando que se erosione y cree “vientos térmicos”. Estos últimos vientos soplan a velocidades más lentas que los vientos X, que pueden viajar decenas de kilómetros por segundo.
Además de ser más rápidos, los vientos X surgen más lejos de la protoestrella central que los vientos térmicos. También son capaces de extenderse más por encima del disco que los vientos térmicos, alcanzando distancias equivalentes a cientos de veces la distancia entre la Tierra y el Sol.
Afortunadamente, la increíble sensibilidad y alta resolución de la visión infrarroja del JWST son ideales para distinguir entre vientos impulsados por campos magnéticos, vientos térmicos y vientos X que soplan alrededor de las protoestrellas.
El telescopio espacial de 10 mil millones de dólares contó con la ayuda en la investigación de la selección por parte del equipo de sistemas de protoestrellas que están de canto cuando se ven desde la Tierra. Esa orientación significa que el polvo y el gas en el disco protoplanetario actuaron como un escudo natural, bloqueando la luz de las protoestrellas, evitando que JWST fuera deslumbrado y permitiéndole distinguir entre los vientos.
Sin este obstáculo, el equipo pudo utilizar el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de JWST para rastrear distintos átomos y moléculas mientras viajaban a través de estos discos protoplanetarios. El uso de la Unidad de Campo Integral (IFU) de NIRSpec les permitió construir una intrincada imagen en 3D de la estructura de un chorro central dentro de una envoltura en forma de cono de vientos de disco. Esta envoltura estaba estructurada como una cebolla, formada por capas que se originaban en radios progresivamente mayores en el disco.
El equipo descubrió agujeros centrales pronunciados en estos conos formados por los vientos en cada uno de los cuatro discos protoplanetarios.
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Los investigadores ahora pretenden estudiar otros discos protoplanetarios en un intento de descubrir si estos agujeros son comunes. Luego podrán intentar determinar qué papel pueden desempeñar en la alimentación de las estrellas infantiles.
“Creemos que podrían ser comunes, pero con cuatro objetos es un poco difícil decirlo”, concluyó Pascucci. “Queremos obtener una muestra más grande con JWST y luego ver si podemos detectar cambios en estos vientos a medida que las estrellas se ensamblan y se forman los planetas”.
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