La piel de Orión

La nebulosa de Orión vista por el Hubble. Créditos: NASA, ESA, M. Robberto (STScI/ESA) et al.
La nebulosa de Orión vista por el Hubble. Créditos: NASA, ESA, M. Robberto (STScI/ESA) et al.

Orión es la región de formación de estrellas masivas más cercana y brillante, una “guardería estelar” que se ha convertido en nuestro laboratorio de experimentación astrofísico. Está tan cerca que podemos tomar imágenes de la región entera y, a la vez, estudiar detalles de la misma. En este artículo nos centraremos en cómo influye la radiación ultravioleta procedente de las estrellas en las nubes interestelares de gas y polvo que las rodean.

Las nubes interestelares son zonas del espacio “entre las estrellas” formadas por gas y polvo, regiones monstruosamente más grandes que las nubes del cielo en las que, en algunos grumos “elegidos” por la gravedad, la materia puede condensarse y colapsar hasta formar estrellas. En concreto, la gran nube de de Orión es una región tremendamente activa del cielo. Dentro de la misma destaca el Cúmulo del Trapecio, un grupo de estrellas masivas y muy energéticas rodeadas de gases que pueden verse desde tierra incluso con pequeños telescopios ópticos amateur.

En comparación con nuestro Sol, las estrellas masivas (más de ocho masas solares) son enormes y tienen vidas más cortas debido a que consumen el “combustible” de su núcleo de manera muy rápida. Son tan energéticas que de ellas emanan potentes vientos que “agitan” todo el entorno, y además emiten gran cantidad de luz “esterilizante”, -sobre todo en el rango ultravioleta (UV) del espectro electromagnético-.

Las estrellas masivas se desarrollan tan rápido que no da tiempo a que la nube de gas molecular y polvo que las engendra desaparezca (como ocurre con el nacimiento de estrellas de menor masa como nuestro Sol), de tal forma que destruyen (fotoevaporan y/o fotoerosionan) la propia nube que les dio a luz: son como hijos que devoran a sus padres.

Para los investigadores es muy importante determinar el impacto que tienen estas estrellas masivas en las nubes progenitoras y también su impacto en el conjunto de la galaxia, ya que su nacimiento y existencia determinan las propiedades y el devenir de todo el entorno interestelar.

Composición en color de la nebulosa de Orión (M42) tomada en luz visible con el telescopio espacial Hubble (Robberto et al., 2013). La nube molecular de Orión, donde se desarrollan nuevas protoestrellas, se encuentra detrás de la nebulosa ionizada. Los contornos negros muestran la emisión de C+ en el infrarrojo lejano detectada con Herschel-HIFI, trazando la piel iluminada de la nube (Goicoechea et al., 2015).
La nebulosa de Orión (M42) con anotaciones.

Los protagonistas

Para hablar de este trabajo de investigación necesitamos presentar a los protagonistas principales, y la primera es la ya mencionada zona del Trapecio, dominada por estrellas relativamente jóvenes y masivas (hasta 30 veces la masa del Sol para la estrella más brillante del Trapecio) y situada en la espada del “cazador” de la constelación de Orión. Toda la región está rodeada por la nebulosa de Orión, formada por un gas muy caliente que ha sido ionizado por la radiación UV emitida por estas estrellas.

Por otro lado tenemos a la nube molecular que se encuentra justo detrás del Trapecio y de la nebulosa. En esta nube de gas molecular y polvo se están “incubando” cientos de protoestrellas, objetos más fríos que aún no son estrellas “adultas” pero que están en pleno proceso de formación (pueden ver este vídeo para hacerse una idea de la distribución de la materia en esta zona). Si bien necesitamos telescopios ópticos para captar la luz visible emitida por el gas caliente de la nebulosa, la única forma de “atravesar” la región y ver la nube molecular es observarla en el infrarrojo y en radioondas.

Y en la piel externa de esa nube molecular están ocurriendo cosas muy interesantes. Por ejemplo, sabemos que los fotones UV emitidos por las estrellas del Trapecio están empezando a “achicharrar” la nube -empezando por la piel- con mecanismos que los investigadores conocen bien (por ejemplo la ionización de átomos). Esto provoca un brillante destello de la piel de Orión en el rango del infrarrojo lejano. Algo así como un “bronceado” interestelar.

Conocemos a nuestro tercer protagonista gracias a los datos obtenidos con el instrumento HIFI a bordo del telescopio espacial Herschel: hemos podido ver la “piel de Orión achicharrada” porque emite en la línea de carbono ionizado (C+), una línea que traza cómo la nube molecular se está fotoevaporando.

Esta línea de emisión de C+, la más brillante del medio interestelar (la llamaremos la “superlínea”), es una herramienta fundamental para trazar cómo la radiación UV va destruyendo las nubes moleculares. También nos da pistas sobre la tasa de formación estelar, un parámetro crítico en astrofísica para conocer detalles fundamentales sobre nuestro universo (¿cuántas estrellas se forman y a qué ritmo?).

Además, esta emisión enfría el gas neutro interestelar: la agitación térmica del gas se convierte, en su mayor parte, en radiación emitida en la línea de C+ que escapa de la nube y refrigera el medio. La emisión es difícil de observar desde tierra, por lo que es necesario utilizar satélites espaciales o telescopios embarcados en aviones estratosféricos para estudiarla. De hecho, el equipo que llevó a cabo este trabajo de investigación obtuvo diez horas de observación con el telescopio espacial Herschel, consiguiendo extraer de los datos y los cartografiados información sobre la cinemática del gas en la piel de Orión, revelando así su estructura tridimensional y elaborando después este impresionante vídeo.

Imagen de la emisión de [CII] 158μm tomada por Herschel, con anotaciones indicando la ubicación de las regiones más conocidas de la nube de Orión. Créditos: Goicoechea et al., 2015.
Imagen de la emisión de [CII] 158μm tomada por Herschel, con anotaciones indicando la ubicación de las regiones más conocidas de la nube de Orión. Créditos: Goicoechea et al., 2015.

Mucho más allá en el tiempo y el espacio

La información que extraemos de este trabajo no acaba aquí. Tenemos una superlínea que nos habla de cómo se fotoevaporan las nubes y de cuántas estrellas nacen en un determinado entorno de formación estelar, como es la región de Orión. Pero, ¿y si fuera capaz de hablarnos de zonas mucho más lejanas?

Por el efecto del desplazamiento al rojo, que hace que la luz que se emite en un rango vaya desplazándose a longitudes de onda cada vez más largas (debido a la expansión del universo), la línea de C+ emitida desde galaxias muy lejanas (cuando el universo era mucho más joven) nos llega en el rango de los radiotelescopios milimétricos y submilimétricos que los astrofísicos construyen a grandes alturas (como es el caso de ALMAAtacama Large Millimeter/submillimeter Array– instalado en el desierto chileno de Atacama, a más de 5.000 metros de altura).

Eso significa que, si antes necesitábamos diez horas con un satélite para observar regiones de la Vía Láctea como Orión, ahora, en cuestión de minutos, con radiotelescopios como ALMA, compuestos por decenas de antenas, podemos obtener la misma información de objetos muy lejanos (galaxias jovencísimas) gracias a ese desplazamiento al rojo de la luz.

Pero no sólo ALMA puede ofrecer grandes avances en el estudio detallado de lo que ocurre en la “piel de Orión”. Miembros del equipo de NANOCOSMOS [1] participan en un proyecto que ha conseguido tiempo del “Impact Legacy Program” para cartografiar toda la región de Orión en C+ utilizando el instrumento “upGREAT” a bordo de SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). Un telescopio de la NASA “volando” a una altura de unos 14 km (más o menos 4 km por encima de los vuelos comerciales, ¡abróchense los cinturones!).

Se trata de 54 horas de vuelos y observaciones (normalmente los programas concedidos con SOFIA son de una hora o menos) que se llevarán a cabo a lo largo de los próximos dos años con el fin de cartografiar una región 20 veces mayor que la presentada en este estudio. Los astrónomos, subidos en un avión, trabajarán desde la estratosfera para saber más sobre esta (cada vez menos misteriosa) piel de Orión con el fin de comprender los mecanismos que producen la emisión del C+ y poder luego entender con más precisión la emisión que observa ALMA procedente del universo primitivo.

Estudiar lo que tenemos cerca para comprender lo que observamos lejos. Todo gracias a la piel de Orión.

Notas

[1] El equipo científico que ha obtenido tiempo con SOFIA está liderado por A. Tielens (Leiden) e incluye a tres miembros del proyecto NANOCOSMOS (J. Goicoechea, O. Berné y J. Cernicharo). Este proyecto permitirá establecer el uso de la línea de C+ como un indicador de tasa de formación estelar, medir la masa de las nubes moleculares que no puede medirse con el CO (el llamado gas “CO-dark”), y determinar semi-empíricamente la eficiencia del calentamiento fotoeléctrico en PAHs (hidrocarburos aromáticos policíclicos) y en granos de polvo interestelar.

Más información

Nota de prensa en ASTROMOL sobre “La piel de Orión”.

Imágenes:

La nebulosa de Orión vista por el Hubble. Créditos: NASA, ESA, M. Robberto (STScI/ESA) et al.

La nebulosa de Orión La nebulosa de Orión vista por el Hubble. Créditos: NASA, ESA, M. Robberto (STScI/ESA) et al. (Enlace a la imagen).

Composición en color de la nebulosa de Orión (M42) tomada en luz visible con el telescopio espacial Hubble (Robberto et al., 2013). La nube molecular de Orión, donde se desarrollan nuevas protoestrellas, se encuentra detrás de la nebulosa ionizada. Los contornos negros muestran la emisión de C+ en el infrarrojo lejano detectada con Herschel-HIFI, trazando la piel iluminada de la nube (Goicoechea et al., 2015).

Nebulosa de Orión (con anotaciones) Composición en color de la nebulosa de Orión (M42) tomada en luz visible con el telescopio espacial Hubble (Robberto et al., 2013). La nube molecular de Orión, donde se desarrollan nuevas protoestrellas, se encuentra detrás de la nebulosa ionizada. Los contornos negros muestran la emisión de C+ en el infrarrojo lejano detectada con Herschel-HIFI, trazando la piel iluminada de la nube (Goicoechea et al., 2015).

Imagen de la emisión de [CII] 158μm tomada por Herschel, con anotaciones indicando la ubicación de las regiones más conocidas de la nube de Orión. Créditos: Goicoechea et al., 2015.

Emisión del C+ Imagen de la emisión de [CII] 158μm tomada por Herschel, con anotaciones indicando la ubicación de las regiones más conocidas de la nube de Orión. Créditos: Goicoechea et al., 2015.

Vídeos:

Vídeo 1:

Este impresionante vídeo muestra la emisión de carbono ionizado a diferentes velocidades del gas. Gracias a la técnica de “alta resolución espectral”, se pueden distinguir con detalle los movimientos del gas. Este vídeo es análogo a un “escáner” de Orión en el que, primero, se detectan las regiones periféricas de la nebulosa de Orión (sobre todo gas atómico e ionizado visto en imágenes de luz visible) y concluye penetrando dentro de la nube molecular y de polvo que se esconde tras la nebulosa visible (con velocidades de gas superiores a 8 km/s). La piel de la nube (iluminada por la radiación UV de las estrellas del Trapecio) se ve mejor en el gas que se mueve a velocidades de entre 8 y 10 km/s. Créditos: Goicoechea et al., 2015.

Vídeo 2:

Espectacular vídeo 3D que reproduce el interior de la Nebulosa de Orión. Créditos: NASA, ESA, G. Bacon y el Science Visualization Team (STScI) Material original del vídeo y más información: http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2006/01/video/c/


2 Comentarios

Participa Suscríbete

Gabino MurielGabino Muriel

Me gusta el articulo. Naukas siempre tiene ese “puntito” por encima de rigurosidad , profundidad y seriedad ( en otros articulos se nota si cabe aún mas) que le hace destacar entre otros blogs y web, por lo demás muy buenas
…espero que no cambie .

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio
Obligatorio

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>