El Hubble encuentra que la «distancia» de las estrellas más brillantes es clave para preservar los discos primordiales

El profesor ICREA del IEEC en el ICC Mark Gieles ha contribuido a la interpretación de los resultados.

Con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA, se ha llevado a cabo un estudio de tres años del joven cúmulo estelar Westerlund 2. Se trata de un cúmulo estelar oscuro y compacto, que contiene algunas de las estrellas más calientes, brillantes y masivas conocidas. Los investigadores han encontrado que el material que rodea a las estrellas cerca del centro del cúmulo está misteriosamente desprovisto de las grandes y densas nubes de polvo que se esperaría que se convirtieran en planetas en unos pocos millones de años. Su ausencia es causada por las estrellas más masivas y brillantes del cúmulo que erosionan y dispersan los discos de gas y polvo de las estrellas vecinas.

Este estudio, de dominio temporal de 2016 a 2019, trató de investigar las propiedades de las estrellas durante sus primeras fases evolutivas y de seguir la evolución de sus entornos circunestelares [1]. Esos estudios se habían limitado anteriormente a las regiones de formación estelar más cercanas y de baja densidad. Ahora, los astrónomos han usado el Telescopio Espacial Hubble para extender, por primera vez, esta investigación hasta el centro de uno de los pocos cúmulos masivos jóvenes de la Vía Láctea, el Westerlund 2.

Los investigadores han encontrado que los planetas experimentan dificultades para formarse en esta región central del cúmulo. Las observaciones también revelan que las estrellas en la periferia del cúmulo tienen inmensas nubes de polvo formadoras de planetas incrustadas en sus discos. Para explicar por qué algunas estrellas de Westerlund 2 tienen dificultades para formar planetas mientras que otras no, los investigadores sugieren que esto se debe en gran medida a su ubicación. Las estrellas más masivas y brillantes del cúmulo se congregan en el núcleo. Westerlund 2 contiene al menos 37 estrellas extremadamente masivas, algunas de ellas con un peso de hasta 100 masas solares. Su abrasadora radiación ultravioleta y sus vientos estelares similares a huracanes actúan como sopletes y erosionan los discos alrededor de las estrellas vecinas, dispersando las gigantescas nubes de polvo.

El investigador ICREA Mark Gieles, miembro del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) en el Instituto de Ciencias del Cosmos (ICC, UB), se unió a esta investigación pues su experiencia en dinámica estelar y dinámica binaria aportan una valiosa contribución a la interpretación de los resultados.

«Básicamente, si tienes estrellas monstruosas, su energía alterará las propiedades de los discos», explica la investigadora principal Elena Sabbi, del Space Telescope Science Institute (Baltimore, EE.UU.). «Puede que todavía tengas un disco, pero las estrellas cambian la composición del polvo de los discos, por lo que es más difícil crear estructuras estables que eventualmente lleven a los planetas. Creemos que el polvo se evapora en un millón de años, o cambia en composición y tamaño tan dramáticamente que los planetas no tienen los bloques de construcción necesarios para formarse».

Westerlund 2 es un laboratorio único en el que se pueden estudiar los procesos evolutivos estelares porque está relativamente cerca, es bastante joven y contiene una rica población estelar. El cúmulo reside en un criadero estelar conocido como Gum 29, situado a unos 14 000 años luz de distancia en la constelación de Carina (La Quilla). El criadero estelar es difícil de observar porque está rodeado de polvo, pero la Cámara de Gran Angular 3 del Hubble puede mirar a través del polvoriento velo en luz infrarroja cercana, dando a los astrónomos una visión clara del cúmulo. La aguda visión del Hubble fue utilizada para resolver y estudiar la densa concentración de estrellas en el cúmulo central.

«Con una edad de menos de unos dos millones de años, Westerlund 2 alberga algunas de las estrellas jóvenes más masivas y calientes de la Vía Láctea», comenta el miembro del equipo Danny Lennon del Instituto de Astrofísica de Canarias y la Universidad de La Laguna (Islas Canarias, España). «El entorno de este cúmulo está, por lo tanto, constantemente bombardeado por fuertes vientos estelares y radiación ultravioleta de estos gigantes que tienen unas masas de hasta 100 veces la del Sol».

Sabbi y su equipo encontraron que de las casi 5000 estrellas en Westerlund 2 con masas entre 0,1 y 5 veces la masa del Sol, 1500 de ellas muestran dramáticas fluctuaciones en su luminosidad, lo que es comúnmente aceptado como debido a la presencia de grandes estructuras polvorientas y planetesimales. El material en órbita bloquearía temporalmente parte de la luz estelar, causando fluctuaciones en el brillo. Sin embargo, el Hubble solo detectó la firma de partículas de polvo alrededor de estrellas fuera de la región central. No detectaron estas disminuciones de brillo en estrellas que residen dentro de los cuatro años luz del centro.

«Creemos que son planetesimales o estructuras en formación», explica Sabbi. «Estas podrían ser las semillas que eventualmente lleven a planetas en sistemas más evolucionados. Estos son los sistemas que no vemos cerca de estrellas muy masivas. Solamente los vemos en sistemas fuera del centro».

Gracias al Hubble, los astrónomos pueden ahora ver cómo las estrellas se están acumulando en ambientes que son como el Universo primitivo, donde los cúmulos estaban dominados por estrellas monstruosas. Hasta ahora, el entorno estelar cercano más conocido que contiene estrellas masivas es la región de nacimiento de estrellas en la Nebulosa de Orión. Sin embargo, Westerlund 2 es un objetivo más rico debido a su mayor población estelar.

«Westerlund 2 nos da estadísticas mucho mejores sobre cómo la masa afecta a la evolución de las estrellas, la rapidez con que evolucionan, y vemos la evolución de los discos estelares y la importancia de la retroalimentación estelar en la modificación de las propiedades de estos sistemas», dice Sabbi. «Podemos usar toda esta información como entrada para los modelos de formación de planetas y evolución estelar».

Este cúmulo también será un excelente objetivo para observaciones de seguimiento con el próximo Telescopio Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA, un observatorio infrarrojo. El Hubble ha ayudado a los astrónomos a identificar las estrellas que tienen posibles estructuras planetarias. Con el telescopio Webb, los investigadores podrán estudiar qué discos alrededor de las estrellas no están acumulando material y qué discos todavía tienen material que podría acumularse en los planetas. El James Webb también estudiará la química de los discos en diferentes fases evolutivas y observará cómo cambian, para ayudar a los astrónomos a determinar qué papel juega el medio ambiente en su evolución.

«Una de las principales conclusiones de este trabajo es que la poderosa radiación ultravioleta de las estrellas masivas altera los discos alrededor de las estrellas vecinas», declara Lennon. «Si esto se confirma con las mediciones del Telescopio Espacial James Webb, este resultado también puede explicar por qué los sistemas planetarios son raros en los antiguos cúmulos globulares masivos».

El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.

Notas

[1] Estas observaciones se hicieron bajo los programas de observación del Hubble #14087, #15362, y #15514.

Enlaces

– IEEC
– ICC
– Nota de prensa en el HubbleSite

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Imagen

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Pie de foto: Imagen de Westerlund 2 tomada por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA.
Crédito: NASA, ESA, el Hubble Heritage Team (STScI/AURA), A. Nota (ESA/STScI), y el Equipo Científico del Westerlund 2.

Video

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Pie de vídeo: Una panorámica de la nueva imagen del cúmulo estelar Westerlund 2, tomada por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA y ESA, y publicada para celebrar sus 25 años en órbita.
Crédito: NASA, ESA, el Hubble Heritage Team (STScI/AURA), A. Nota (ESA/STScI), y el Equipo Científico de Westerlund 2. Música: Johan Back Monell (www.johanmonell.com)

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