Imágenes de la Nebulosa de Orión (M42)

Una combinación única de imágenes de la Nebulosa de Orión, obtenidas con los telescopios IRAM 30metros y SOFIA, revela cómo los vientos y la radiación ultravioleta de las estrellas jóvenes masivas van barriendo y consumiendo su nube molecular natal. La detección de pequeños glóbulos moleculares dentro del material barrido por los vientos puede explicarse como resultado del inevitable proceso de destrucción de las nubes. Estos pequeños glóbulos, sin embargo, ocultan sorpresas inesperadas.

Las estrellas masivas jóvenes, al menos 8 veces más masivas que nuestro Sol, tienen un profundo impacto en su entorno. Sus potentes vientos y su fuerte radiación UV alteran el interior de las nubes moleculares en las que nacen. El viento y la radiación barren grandes cantidades de material de las nubes formando enormes burbujas en expansión. Este proceso destruye lentamente la nube natal y limita el ritmo al que se forman nuevas estrellas.
Imágenes infrarrojas previas, revelaron que la Vía Láctea está poblada por cientos de burbujas interestelares alrededor de estrellas masivas. Estas imágenes, sin embargo, proporcionan una visión estática y no permiten estudiar el movimiento de las burbujas, sus fuerzas motrices y su composición química.

Ahora, un equipo liderado por Javier R. Goicoechea (IFF-CSIC) y Cornelia Pabst (Universidad de Leiden), ha obtenido imágenes de amplio campo de la famosa Nebulosa de Orión, la región más cercana a nosotros que alberga un proceso de formación de estrellas masivas en curso. Utilizando el telescopio IRAM 30-metros, así como SOFIA, un telescopio estratosférico embarcado en un avión de la NASA, detectaron la emisión de gases producida por moléculas de monóxido de carbono (CO) así como átomos de carbono cargados positivamente (C+). Se trata de las primeras imágenes que resuelven la velocidad de los gases y, una vez combinadas, muestran las propiedades de una burbuja de 10 años luz de tamaño dirigida por la fuerza de los vientos que emanan de la estrella más masiva del cúmulo del Trapecio, θ1 Orionis C, situada en el centro de la nebulosa de Orión. La burbuja se expande a una velocidad increíble, a casi 50.000 km/h, y proporciona esa peculiar apariencia a esta icónica región de la espada de Orión (el cazador).

Lo que los científicos no esperaban era descubrir la existencia de una docena de glóbulos de denso gas molecular que sobreviven en las duras condiciones físicas de esta burbuja. Estas diminutas nubes moleculares no son masivas en absoluto. Su tamaño típico es aproximadamente 200 veces más pequeño que la nebulosa de Orión en sí, su masa típica es de alrededor de un tercio de la masa del Sol. La mayoría de estos glóbulos pueden ser objetos en tránsito que finalmente acaben diluyéndose o evaporándose. Sin embargo, una vez observados más de cerca, los glóbulos desvelaron otra sorpresa al equipo científico: uno de ellos está evolucionando a una estrella muy joven de baja masa.

(Ver la sección Imágenes más abajo para una descripción de las mismas)

La combinación única de imágenes de la emisión del monóxido de carbono y del carbono ionizado que resuelven la velocidad de los gases es una poderosa herramienta para estudiar el impacto de las estrellas masivas jóvenes en el entorno de su nube natal, con implicaciones que nos hablan de cómo se destruyen las nubes moleculares y cómo se regula la formación de estrellas en estas nubes. También es una herramienta muy útil para detectar y caracterizar los glóbulos moleculares que resultan del proceso de destrucción de la nube. Todavía no está claro si estos pequeños objetos pueden ser una fuente de estrellas de muy baja masa, enanas marrones u objetos de masa planetaria libres. El presente estudio captó los primeros atisbos de los procesos de formación de estrellas que se están sucediendo dentro de estos pequeños glóbulos.

Futuras observaciones de la emisión de otras moléculas, sensibles a la presencia de gas más denso en su interior, ayudarán a aclarar el futuro y el destino de estos glóbulos. ¿Se evaporarán a largo plazo o, por el contrario, evolucionarán a un vivero de estrellas de baja masa recién formadas? Estas son algunas de las preguntas que los investigadores intentarán responder.

Imágenes:

  • Pie de la imagen de cabecera: Imágenes de la Nebulosa de Orión (M42). El panel izquierdo muestra la emisión de átomos de carbono cargados positivamente, observados con SOFIA, revelando una enorme burbuja empujada por los vientos de la estrella más masiva en el cúmulo del Trapecio. Las imágenes de 12CO y 13CO, tomadas con el telescopio IRAM de 30 metros, muestran el gas molecular en la nube en la que se forman estrellas, detrás de la burbuja. Los números # muestran la posición de algunos de los glóbulos detectados en el borde de la burbuja. Créditos: Goicoechea et al. (2020).
  • Pie de la segunda imagen: Galería de glóbulos detectados en el borde de la burbuja de Orión en expansión. Los colores rojizos representan la emisión de moléculas de monóxido de carbono detectadas con el telescopio IRAM 30-metros. El color azulado es una imagen infrarroja obtenida por el telescopio espacial Spitzer. El glóbulo #1 coincide con la posición de una estrella muy joven de baja masa. El círculo blanco representa la resolución angular del telescopio IRAM 30-metros, aproximadamente varias veces el tamaño del Sistema Solar. Créditos: Goicoechea et al. (2020).

Más información:

Este trabajo forma parte de una colaboración internacional que lidera dos grandes programas de observación complementarios. Uno utiliza el telescopio IRAM 30-metros en Pico Veleta, España (Dynamic and Radiative Feedback of Massive Stars, PI: J. R. Goicoechea) para cartografiar la emisión de 12CO, 13CO y C18O (J=2-1) a una resolución de 11 segundos de arco.

El otro utiliza el observatorio aerotransportado SOFIA de la NASA/DLR (C+ Square-degree map of Orion, PI: Prof. A. G. G. M. Tielens) que ha generado el mapa más grande de la línea [CII]158 μm (normalmente, la línea más brillante del medio interestelar neutro) a una resolución angular de 16 segundos de arco. Estas imágenes del C+ de Orión también son relevantes como un modelo local en el contexto extragaláctico ya que las antenas de los interferómetros IRAM-NOEMA o ALMA pueden detectar la emisión de [CII] 158 μm de galaxias con formación de estrellas muy distantes (con alto desplazamiento al rojo).

El consorcio está formado por las siguientes instituciones: CSIC, Universidad de Leiden, Universidad de Colonia, IRAP-CNRS, IRAM, Instituto Max-Planck de Radioastronomía, ESAC, NASA Ames y Universidad de Maryland.

Nota publicada en la web de IRAM (en inglés): Tiny globules around young and massive stars: what do they hide? (Highlights de la revista Astronomy & Astrophysics)

Nota publicada en la web de NASA: First Signs of Star Birth Caused by Orion’s Wind

Artículos científicos:

Molecular globules in Orion’s Veil bubble. IRAM 30 m 12CO, 13CO, and C18O (2-1) expanded maps of Orion A.
Authors: J. R. Goicoechea, C. H. M. Pabst, S. Kabanovic, M. G. Santa-Maria, N. Marcelino, A. G. G. M. Tielens, A. Hacar, O. Berné, C. Buchbender, S. Cuadrado, R. Higgins, C. Kramer, J. Stutzki, S. Suri, D. Teyssier, and M. Wolfire.
Astronomy & Astrophysics 639, A1 (2020)

Expanding bubbles in Orion A: [CII]158μm observations of M42, M43, and NGC 1977.
Authors: C. H. M. Pabst, J.R. Goicoechea, D. Teyssier, O. Berné, R.D. Higgins, E. T. Chambers, S. Kabanovic, R. Güsten, J. Stutzki, and A.G.G.M. Tielens.
Astronomy & Astrophysics 639, A2 (2020)

Contactos:
Dr. Javier R. Goicoechea (IFF-CSIC, Madrid, Spain)
javier.r.goicoechea [at] csic.es

Cornelia Pabst (Leiden University, The Netherlands)
pabst [at] strw.leidenuniv.nl