Los astrofísicos de Heidelberg resuelven un viejo misterio de 20 años en la investigación astronómica

Las estrellas nacen cuando grandes masas de gas colapsan. A medida que pasa el tiempo, se enciende el proceso de fusión termonuclear y el nuevo cuerpo celeste empieza a brillar y destruye la nube de gas que lo rodea. Curiosamente, esto no es necesariamente el caso de los grandes "pesos pesados". Como ha sido establecido por astrofísicos de la Universidad de Heidelberg, ellos tienden a oscilar más como lo hace una bombilla de luz en un abrir y cerrar de ojos. Con sus cálculos basados en simulaciones, los científicos han hecho una contribución sustancial a la comprensión de la estructura de las nubes de gas alrededor de las estrellas masivas y, al hacerlo, han resuelto un misterio que ha intrigado a los astrónomos desde hace 20 años: Porqué los pesos pesados de las estrellas parpadean como una bombilla de luz en un abrir y cerrar de ojos.
Los resultados de su trabajo han sido publicados en el Astrophysical Journal.

Simulación de una estrella masiva vista a lo largo del plano del disco. Esta visualización de las emisiones de polvo imita la densidad y la temperatura de la nube de gas que rodea a la estrella. Las regiones que actualmente están ionizadas (en rojo) y han sido ionizadas en el pasado (estructuras en azul) muestran cómo la nebulosa parpadea. Crédito: Thomas Peters y equipo, 2010.

Dentro de las nubes de gas interestelar -la "cuna" de las nuevas estrellas- se forman grumos que posteriormente colapsan bajo su propia gravedad. En el centro de las nubes, la densidad y la temperatura seguirá aumentando hasta que se inicia la combustión del hidrógeno cuyo producto final será el helio (para más detalle de estos procesos ver Informe especial: Alquimia cósmica en el laboratorio). Una nueva estrella ha nacido. Los astrofísicos de Heidelberg están investigando los procesos asociados con la formación de estrellas, en particular en relación con las estrellas cuya masa es de diez a cien veces más grande que la del Sol, las primeras en "iluminar" el universo después del Big Bang.

En las estrellas masivas, la combustión de hidrógeno comienza cuando todavía no ha cesado la ingestión de gas de su entorno inmediato. La radiación estelar debe calentarse el gas que cae y expulsarlo lejos, un proceso que obstaculizaría en gran medida, si no por completo, la continuación del crecimiento de la estrella. Las simulaciones por computadora diseñadas en el Instituto de Astrofísica Teórica en el Centro de Astronomía de la Universidad de Heidelberg (ZAH) han sido utilizadas para investigar la interacción entre la corriente de llenado de gas y la radiación estelar más estrechamente.

En sus modelos, los científicos que trabajan con Thomas Peters, han tenido por primera vez en cuenta el efecto de la radiación ultravioleta en un cuerpo celeste joven. Esta radiación lleva al desarrollo de las regiones de hidrógeno ionizado alrededor de la estrella masiva, las llamados regiones H II (simplemente ionizadas), que pueden observarse directamente con un telescopio y han sido un misterio para los astrónomos desde hace más de 20 años. Por ejemplo, las mediciones de las regiones H II son mucho menores de lo esperado, pero sin ninguna explicación convincente no se había avanzado sobre el mecanismo que impide su crecimiento.

Las simulaciones basadas en computadora del equipo de Thomas Peters ahora ofrecen una explicación. Ellos muestran que el gas interestelar no cae de manera uniforme sobre la estrella, sino que forma hilos en forma de condensaciones llamados filamentos. Estos filamentos son altamente eficientes en la protección del gas detrás de los rayos ultravioleta de la estrella. Las sombras que proyectan impiden que la región H II se expanda simétricamente alrededor de la estrella. En su lugar, causan que se encoja en los lugares protegidos, haciendo que la estrella parpadee como una bombilla de luz en un abrir y cerrar de ojos.

Estas investigaciones también explican por qué las regiones H II tienen un aspecto diferente. Las diversas morfologías de las regiones de gas ionizado se originan al azar, como resultado del campo de flujo del gas, y dependen en gran medida del ángulo de visión. En consecuencia, una misma región H II puede verse como una capa desde un ángulo o parecerse a un cometa desde otro. Otra razón para que los resultados de Thomas Peters sean tan importantes es que hasta ahora el alcance de la región H II se ha tomado como una medida de la edad de una estrella. Las simulaciones indican que no existe realmente una relación directa entre la extensión y la edad, mientras la acreción de gas está teniendo lugar. En el caso de estrellas masivas, este proceso continúa durante casi toda su vida.

Publicación original
Thomas Peters, Robi Banerjee, Ralf S. Klessen, Mordecai-Mark Mac Low, Roberto Galván-Madrid, Eric R. Keto, Regiones HII: testigos de la formación de estrellas masivas. The Astrophysical Journal 711: 1017-1028, 2010 Marzo 10, doi: 10.1088/0004-637X/711/2/1017

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Traducción adaptada de:
Heidelberg astrophysicists solve a 20-year-old mystery in astronomical research