Tras usar el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar regiones donde se forman estrellas en la Gran Nube de Magallanes, un equipo de investigación descubrió la existencia de un turbulento fenómeno de tira y afloja en la incubadora 30 Doradus. Las observaciones revelaron que, a pesar de una intensa retroalimentación estelar, la gravedad está incidiendo en la forma de la nube molecular y, contra todo pronóstico, fomentando la formación de estrellas jóvenes y masivas. Los resultados de las observaciones se presentaron hoy en una conferencia de prensa durante la asamblea 240 de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS, en su sigla en inglés), celebrada en Pasadena (California, EE. UU.), y se publicaron en la revista The Astrophysical Journal (ApJ).

30 Doradus es una gran incubadora de estrellas ubicada muy cerca de la Vía Láctea (está a tan solo 170.000 años luz de distancia), en el corazón de la famosa Nebulosa de la Tarántula, en la Gran Nube de Magallanes. Allí se encuentra el cúmulo de estrellas más grande del vecindario cósmico –un objeto de observación perfecto para quienes buscan estudiar el nacimiento y la evolución de las estrellas. En el centro de 30 Doradus se encuentra una brillante incubadora de estrellas que ha sido la cuna de más de 800.000 estrellas y protoestrellas, entre ellas medio millón de jóvenes estrellas masivas y calientes. Esta región reviste especial interés para quienes estudian la formación de estrellas y la evolución de las galaxias debido al efecto de la gravedad y la retroalimentación estelar (un fenómeno donde una gran cantidad de energía devuelta a la región por estrellas jóvenes y masivas puede ralentizar la formación de nuevas estrellas), que compiten entre sí para controlar la tasa de formación estelar.

Las nuevas observaciones de 30 Doradus se llevaron a cabo con los receptores extremadamente sensibles de Banda 6 de ALMA y trajeron noticias sorprendentes sobre la nube molecular. “Las estrellas empiezan a formarse cuando las densas nubes de gas se vuelven incapaces de resistir a la fuerza de gravedad. Nuestras nuevas observaciones revelaron claros indicios de que la gravedad está incidiendo en la forma de las partes más espesas de las nubes, mientras también revelaron muchos fragmentos de nubes de menor densidad y demasiado turbulentas como para que la gravedad las afecte”, explica Tony Wong, profesor de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y autor principal del nuevo estudio. “Creíamos que en las partes de la nube más cercanas a las estrellas jóvenes y masivas veríamos las señales más claras de que la gravedad era superada por la retroalimentación y, en consecuencia, había menos formación de estrellas. En cambio, nuestras observaciones confirmaron que incluso en una zona con retroalimentación extremadamente activa la gravedad sigue siendo bastante fuerte y la formación de estrellas probablemente continúe”.

“La extraordinaria resolución y sensibilidad de ALMA nos permitió cartografiar toda la región de 30 Doradus desde los cielos australes”, dice Mónica Rubio, profesora de la Universidad de Chile e investigadora asociada del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA), de Chile, especialista en Nubes de Magallanes y coautora de este estudio. “Fue una sorpresa confirmar que regiones densas existían y sobrevivían en un entorno tan violento, donde la radiación ultravioleta y el viento de cientos de estrellas masivas deberían dispersar y fotoionizar la mayor parte del gas. Estamos seguros de que las excelentes condiciones de los cielos del norte de Chile para la observación de ondas milimétricas y la potencia de ALMA nos seguirán asombrando con importantes descubrimientos en los próximos años”.

Con el fin de hacerse una idea clara de lo que sucede en 30 Doradus, el equipo dividió la nube en grupos para ver cómo uno difiere del otro. Como las estrellas suelen formarse en las partes más densas de las nubes moleculares, era muy importante distinguir entre las zonas más densas y las menos densas para entender a cabalidad qué sucede en 30 Doradus. Esta novedosa forma de proceder permitió definir un patrón. “Creíamos que las nubes de gas interestelar eran estructuras gordinflonas o redondeadas, pero está quedando cada vez más claro que se trata de estructuras estiradas o filamentosas”, afirma Tony Wong. “Cuando dividimos la nube en sectores para medir diferencias en la densidad, vimos que las partes más densas no tienen una distribución aleatoria, sino que están muy bien organizadas en estos filamentos. A su vez, los filamentos parecen ser moldeados por la gravedad, con lo cual son probablemente un paso importante en el proceso de formación estelar”.

A diferencia de la Vía Láctea, que presenta una tasa de formación estelar relativamente lenta, de unas siete estrellas (el equivalente a cuatro masas solares) por año, las incubadoras de estrellas de la galaxia anfitriona de 30 Doradus, la Gran Nube de Magallanes, experimentan verdaderos altibajos a los que muchas veces les siguen frenéticos períodos de nacimiento de estrellas. El equipo espera que los nuevos hallazgos, sumados a futuras investigaciones, arroje luces sobre las diferencias entre la Vía Láctea y otras galaxias incubadoras más activas, y permitan entender cómo la competencia entre la gravedad y la retroalimentación incide en la forma de las nubes moleculares y afecta la velocidad a la que se forman nuevas estrellas.

Remy Indebetouw, astrónomo de NRAO y coautor del estudio, comenta: “30 Doradus contiene el cúmulo de estrellas masivo más cercano a la Tierra. Este tipo de cúmulo puede actuar como una verdadera bomba en una galaxia, expulsando gas e incluso alterando su evolución a largo plazo. Queremos entender en detalle cómo las nubes moleculares se convierten en estrellas: cuánto tardan, cuán rápido las estrellas recién formadas empiezan a afectar su nube materna y a lo largo de qué distancias. Estos son todos aspectos poco comprendidos por el momento. Observar estos cúmulos nos permitirá acercarnos un poquito a las respuestas”.

Según Tony Wong, las observaciones están ayudando a los científicos no solo a entender las implicaciones científicas generales de los procesos de formación estelar sino también a revelar la historia y el futuro de las galaxias. “Uno de los principales misterios de la astronomía es por qué todavía podemos presenciar estrellas formándose hoy. ¿Qué impidió que todo el gas colapsara en un enorme espectáculo de fuegos artificiales mucho tiempo atrás? Lo que estamos descubriendo ahora puede ayudarnos a ver lo que sucede en las entrañas de las nubes moleculares y entender mejor cómo las galaxias sostienen los procesos de formación estelar en el tiempo”.

Información adicional

El artículo de investigación titulado "The 30 Doradus Molecular Cloud at 0.4 Parsec Resolution with ALMA: Physical Properties and the Boundedness of CO Emitting Structures," de Wong et al. (2022) apareció en The Astrophysical Journal.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Radioastronómico Nacional de los Estados Unidos (NRAO), socio de ALMA en nombre de América del Norte.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.