Miércoles, 07 Marzo 2018 13:00


En la actualidad sabemos que las estrellas se forman por el colapso gravitacional de un pequeño pedazo de una nube gigante de gas y polvo. Estas nubes están en el plano de nuestra Galaxia y contienen cientos de miles de veces la masa del Sol. Al inicio de la década de 1980 se descubrió que las estrellas jóvenes arrojan chorros de material hacia el espacio que se alejan de la estrella central a alta velocidad en direcciones opuestas. Por esto se llaman flujos bipolares. Estos chorros empujan y destruyen la nube materna. En su momento, este descubrimiento fue inesperado, ya que lo que se buscaba era evidencia del colapso gravitacional. Sin embargo, este fenómeno de eyección de material resultó ser una pieza clave en el proceso de formación de estrellas de baja masa como el Sol. Se propuso que los flujos bipolares eran empujados por poderosos vientos de la estrella joven. Sin embargo, estos vientos no se habían podido detectar.

En esta nota relataré mi experiencia durante mis estudios de doctorado en el descubrimiento del primer viento de una protoestrella, es decir, una estrella joven como lo fue el Sol en su juventud.

Durante mi investigación doctoral, la cual trató de la formación de núcleos densos en nubes moleculares, cunas de las estrellas de baja masa como el Sol, estudié muchos artículos sobre las propiedades de las estrellas jóvenes. Me llamó la atención el fenómeno de los flujos bipolares.

En ese tiempo se pensaba que estos flujos eran material de la nube arrastrado por fuertes vientos estelares eyectados por la protoestrella hacia dos polos opuestos. Los radioastrónomos, quienes estudian los detalles del proceso de formación estelar dentro de la nube materna donde no alcanzan a ver los telescopios ópticos, buscaban evidencia del colapso gravitacional de la nube para formar la estrella. Como dije antes, en lugar de esto, encontraron flujos bipolares muy poderosos capaces de desplazar y destruir la nube materna.

En esos tiempos no se entendía cómo se formaban estas estrellas. Desde un punto de vista teórico, los vientos estelares permitían resolver un problema grave, ya que, al empujar la nube materna, podían impedir que toda ella cayese sobre la estrella, originando un hoyo negro.

Había evidencia de que algo empujaba a los flujos moleculares y se presumía que eran vientos estelares. A pesar de haberlos buscado con distintas observaciones, éstos no se habían encontrado. Se creía que los vientos deberían ser atómicos porque las estrellas jóvenes de baja masa como el Sol alcanzan temperaturas superficiales relativamente bajas (4000 K – 5000 K) por lo que producen poca radiación de alta energía capaz de ionizar y calentar el hidrógeno. En contraste, las estrellas con 20 a 30 veces la masa del Sol tienen vientos totalmente ionizados y calientes cuya emisión se puede observar con relativa facilidad.

Los vientos atómicos de las protoestrellas tipo solar, deberían de emitir radiación en una transición hiperfina del átomo de hidrógeno en la cual el spin del electrón cambia de orientación. Esta transición es de baja energía y emite en una longitud de onda de 21 cm.
La idea de que debían existir los vientos estelares era muy atractiva, por lo que me pregunté por qué no los habían detectado. Realicé una revisión de las tasas de pérdida de masa que se esperaba que tuvieran los vientos estelares que empujan los flujos bipolares y estimé la emisión esperada. Buscamos un radiotelescopio que pudiera detectar esta señal. Para las observaciones con radiotelescopios interesa saber la resolución angular del telescopio, esto es, la capacidad de resolver detalles de una fuente en el cielo y la sensitividad, en otras palabras, la mínima magnitud de la emisión que se puede observar. Nos pareció que el telescopio de Arecibo en Puerto Rico tendría la sensitividad para detectar el viento de una estrella joven relativamente cercana, aunque no podría resolver su distribución espacial. El telescopio de Arecibo es una enorme antena con un radio de 305 m de diámetro colocada sobre un cráter en la Isla de Puerto Rico. Solicitamos tiempo de observación para observar la estrella joven HH7-11 con una masa similar a la del Sol y nos lo concedieron.

Al realizar las observaciones, en una pantalla del telescopio apareció la línea de 21 cm. Pude ver que esta línea tenía una forma gaussiana y, sobrepuesta, una débil ala que llegaba a velocidades de hasta 170 kilómetros por segundo. Esto significa que había gas atómico que se estaba moviendo rapidísimo, a más de 600,000 km/h! Se trataba de la emisión de viento atómico que estábamos buscando.

La fuerte emisión en el centro de la línea se debía a gas atómico de la nube con velocidad cercana a cero. Me pareció increíble que la señal de ese viento tan buscado fuera sólo un ala diminuta en la línea de 21 cm. Otra sorpresa fue que esperábamos ver dos alas simétricas del viento estelar lanzado en direcciones opuestas, una parte alejándose de nosotros y la otra acercándose. Sin embargo, el ala azul, que por convención corresponde a velocidades negativas de material acercándose a nosotros, presentaba una absorción que impedía ver el gas a alta velocidad. Después entendimos que esto se debía a que en el plano de la Galaxia existen muchas nubes de hidrógeno rotando alrededor del centro las cuales atravesamos en la línea de vista hacia esta fuente. Estas nubes absorbían la emisión del ala azul del objeto que estábamos observando.

Observamos esta fuente muchas horas para obtener una mejor señal a ruido, sin embargo, el ala roja no cambió mucho. Esto ya no importó porque habíamos descubierto una pieza clave en el proceso de la formación de las estrellas de baja masa, en otras palabras, la existencia de un viento muy intenso con una tasa de pérdida de masa 100 millones de veces mayor a la del Sol en la actualidad. Con esto completamos un trabajo muy sólido en el que demostramos la existencia de los vientos estelares. Esta primera detección del poderoso viento de las estrellas en formación permitió establecer las altísimas pérdidas de masa que sufren las estrellas jóvenes y conocer las condiciones físicas de los vientos como son su densidad, su composición química, su grado de ionización y temperatura.

Con el objeto de explicar este descubrimiento propusimos la teoría del viento X, un mecanismo que utiliza el campo magnético de la interfaz estrella-disco para generar intensos vientos protoestelares. Esta teoría concilió el proceso de pérdida de masa de la protoestrella con su acrecimiento de material a través de un disco protoplanetario. Este modelo propone la simultaneidad de la acreción y la pérdida de masa de la protoestrella: para poder crecer acretando masa del disco, la estrella necesita lanzar un viento que se lleve el momento angular. Aunque esta propuesta fue vista con recelo por la comunidad científica a finales de los años 80, posteriormente se confirmó observacionalmente.

En este mismo periodo, en el Departamento de Astronomía de la Universidad de California en Berkeley, nuestro grupo propuso un esquema evolutivo para la formación de estrellas de baja masa que sintetizaba un gran conjunto de observaciones de estas estrellas. Una pieza clave en este esquema son los poderosos vientos protoestelares. Durante la última década del siglo XX y principios del siglo XXI, este proceso de formación estelar fue confrontado exhaustivamente con las observaciones y quedó establecido como el actual paradigma de la formación de estrellas de baja masa como el Sol.

Finalmente, puedo decir que la experiencia de buscar los vientos atómicos de las protoestrellas me enseñó la importancia de tener fe en el propio trabajo e intuición para lograr ampliar nuestro conocimiento del Universo.

Resumen de:

Lizano-Soberón E. S. 2008. ¿Cómo se forman las estrellas?" publicado en: Paredes-López O, y Estrada-Orihuela S. (coords.), Aportaciones científicas y humanísticas mexicanas en el siglo XX, pp 468-474.



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