IRAS 04191 + 1523, un joven sistema estelar binario.

ALMA revela turbulento nacimiento de estrellas gemelas.
Representación artística del joven sistema estelar gemelo IRAS 04191 + 1523.
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) 

Tras usar el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de investigadores obtuvo una clave fundamental para resolver un misterio astronómico: ¿cómo se forman las estrellas gemelas separadas por grandes distancias? Los astrónomos encontraron estrellas gemelas bebés de muy baja masa y con ejes de rotación desalineados. El hecho de que estuvieran desalineados significa que estas estrellas se formaron en dos nubes de gas fragmentadas por la turbulencia, y no a partir de nubes gemelas estrechamente unidas. Estas observaciones avalan fuertemente la teoría de la formación estelar binaria por fragmentación turbulenta hasta el régimen subestelar.

Un equipo internacional de astrónomos encabezado por Jeong-Eun Lee, de la Universidad Kyung Hee (Corea), observó el joven sistema estelar binario IRAS 04191+1523 con ALMA. Gracias a la alta resolución de ALMA, el equipo pudo obtener una imagen de la rotación de los discos de gas que rodean estas estrellas gemelas de muy baja masa y descubrieron que los ejes de rotación de ambas están desalineados.

“Este hallazgo es particularmente interesante porque, según los datos que obtuvimos con ALMA, las masas de ambas estrellas bebé tienen cerca del 10 % de la masa solar, lo cual constituye una masa muy baja. Y la formación de sistemas estelares binarios extensos de baja masa era un misterio. Sin embargo, los resultados que obtuvimos aportan indicios fehacientes de que estas estrellas de muy baja masa, e incluso las enanas marrones, pueden formarse a partir del mismo proceso que las estrellas normales: mediante fragmentación turbulenta”, explica Lee.

Más de la mitad de las estrellas del Universo nace en sistemas binarios o múltiples. De ahí que entender el mecanismo de formación de las estrellas binarias sea crucial para comprender a cabalidad la evolución estelar.

Imagen compuesta del sistema estelar binario recién nacido IRAS 04191+1523. ALMA reveló los discos alrededor de dos estrellas (blanco) y un envoltorio de gas común (amarillo). En rojo se aprecia la distribución de una densa nube en luz infrarroja lejana observada por el observatorio espacial Herschel.
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Lee et al., ESA/Herschel/PACS

Hay dos tipos de sistemas múltiples: los que tienen estrellas cercanas y los sistemas con estrellas separadas por grandes distancias. Los astrónomos presenciaron la formación de un sistema de estrellas cercanas mediante fragmentación del disco de gas que rodea a las primogénitas.[1] En cuanto a los sistemas de estrellas distantes, no hay indicios claros que expliquen su formación. Algunos investigadores dan por sentado que los sistemas de estrellas cercanas se transforman en sistemas extensos tras millones de años de interacciones dinámicas, mientras otros postulan que las turbulencias fragmentan las nubes de gas y, de esa manera, forman nubes más pequeñas donde se forman nuevas estrellas.

Con el fin de buscar pistas sobre la formación de sistemas binarios extensos, los investigadores usaron ALMA para observar IRAS 04191+1523, que contiene dos estrellas separadas por aproximadamente 30 veces la distancia que hay entre Neptuno y el Sol. Se calcula que este sistema tiene mucho menos de medio millón de años, con lo cual es un objeto adecuado para estudiar la etapa inicial de formación de este tipo de sistemas.

Tras analizar la señal de las moléculas de monóxido de carbono de los discos que rodean las dos estrellas para estudiar su movimiento, el equipo descubrió que los discos no están alineados. De hecho, el ángulo entre los ejes de rotación es de 77 grados.

“Es un sistema demasiado joven como para que la alineación de los ejes haya sido modificada por interacciones, por lo que concluimos que este sistema se formó a partir de la fragmentación turbulenta de una nube, y no por fragmentación y migración del disco”, señala Lee [2].

Cuando un sistema binario se forma por fragmentación, el movimiento giratorio del gas alinea los ejes de las dos estrellas. Esta alineación se habría mantenido incluso si la separación hubiese aumentado a causa de las interacciones de mareas, por lo que la desalineación observada en el sistema IRAS 04191+1523 descarta esta posibilidad.

Notas

[1] ALMA reveló en detalle la estructura de la fragmentación en curso de un disco de gas alrededor del joven sistema estelar triple L1448 IRS 3B.

[1] En observaciones del joven sistema binario HL Tauri realizadas anteriormente con ALMA se demostró que los dos discos están desalineados. Sin embargo, HL Tauri está mucho más evolucionado que IRAS 04191+1523, y no permite descartar la posibilidad de que el sistema se haya extendido por evolución de la órbita.

Antenas de ALMA y observatorios asociados.

Información adicional
Los resultados de este estudio se presentaron en el artículo de Lee et al. titulado “Formation of Wide Binaries by Turbulent Fragmentation” (‘Formación de sistemas binarios extensos por fragmentación turbulenta’), publicado en la revista Nature Astronomy el 30 de junio de 2017.

Los miembros del equipo de investigación son:
Jeong-Eun Lee (Universidad Kyung Hee), Seokho Lee (Universidad Kyung Hee), Michel Dunham (Universidad Estatal de Nueva York, Fredonia), Ken’ichi Tatematsu (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI), Minho Choi (Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur), Edwin A. Bergin (Universidad de Michigan), Neal J. Evans II (Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur/Universidad de Texas, Austin).

Financiación.
Esta investigación se financió con fondos del Programa de Investigación Científica Básica de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) (beca n.º NRF-2015R1A2A2A01004769) y del Programa de Investigación y Desarrollo del Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (proyecto n.º 2015-1-320-18) supervisado por el Ministerio de Ciencia, TIC y Planificación de Corea.

¿Qué es ALMA?
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 Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC), 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.

Publicado en ALMA el 30 de junio del 2.017.

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