El nacimiento de una estrella es algo salvaje y magnífico.
También es trascendental, teniendo lugar durante millones de años, en densas y frías nubes de gas molecular y polvo, donde se forman cúmulos de estrellas. No es un proceso que probablemente podamos observar de principio a fin, pero una simulación absolutamente espectacular nos acerca más que nunca.
Se llama STARFORGE (Formación de estrellas en entornos gaseosos), y usándolo, los astrónomos han podido simular por primera vez una nube molecular completa de estrellas en formación, una región conocida como vivero estelar, todo en una gloriosa alta resolución tridimensional.
Esto ayudará a los astrónomos a estudiar la formación de estrellas con mayor detalle, comparándola con protoestrellas reales (estrellas que aún no han crecido por completo) en diferentes etapas de formación, para ayudar a determinar los procesos en juego.
“Cómo se forman las estrellas es una cuestión c entral en astrofísica”, dijo el astrofísico Claude-André Faucher-Giguère
“Ha sido una pregunta muy desafiante de explorar debido a la variedad de procesos físicos involucrados. Esta nueva simulación nos ayudará a abordar directamente preguntas fundamentales que antes no podíamos responder definitivamente”.
Creemos que tenemos un control sobre los grandes rasgos de la formación estelar. Primero, comienza con un grupo de gas molecular, que generalmente se encuentra en una nube de material. Con suficiente densidad, el grupo colapsa por su propia gravedad para formar una protoestrella, que comienza a girar.
Este giro hace que el material en la nube a su alrededor forme un disco, que se enrolla en la estrella en crecimiento como agua por un desagüe, inexorablemente atraído por su fuerza gravitacional.
Cuando la estrella gane suficiente masa, habrá suficiente calor y presión en el núcleo para encender la fusión nuclear, en la que los átomos de hidrógeno se fusionan para formar helio. El material sobrante en el disco forma planetas y asteroides y toda esa otra basura.
Sin embargo, todo esto tiene lugar en una densa nube, lo que significa que es difícil para nosotros echarle un vistazo. Y debido a que tiene lugar durante millones de años, cualquier protoestrella que observamos es solo una instantánea de un evento mucho más largo, más grande y muy complicado.
Para construir STARFORGE, un equipo de astrónomos dirigido por Michael Grudić de la Universidad Northwestern tuvo que tener en cuenta múltiples fenómenos físicos, incluidas las temperaturas, la gravedad, los campos magnéticos, la dinámica de los gases y los poderosos vientos estelares y chorros de plasma que emiten las estrellas bebés, conocidas como retroalimentación estelar.
Hicieron sus simulaciones en una de las supercomputadoras más poderosas del mundo, la de la Universidad de Texas. Frontera, durante casi 100 días. El resultado que se ve en un video es algo hermoso: todo un vivero estelar y la formación de las estrellas en su interior de principio a fin.
“La gente ha estado simulando la formación de estrellas durante un par de décadas, pero STARFORGE es un salto cuántico en tecnología”. Grudić dijo.
“Otros modelos solo han podido simular una pequeña parte de la nube donde se forman las estrellas, no toda la nube en alta resolución. Sin ver el panorama general, pasamos por alto muchos factores que podrían influir en el resultado de la estrella”.
La nube simulada en el video, un objeto enorme 20.000 veces más masivo que el Sol, comienza simplemente colgando en el espacio. Con el tiempo, el gas es empujado por fuerzas como los vientos interestelares y ondas de choque, que crean regiones de mayor densidad que pueden colapsar gravitacionalmente en protoestrellas. Un segundo video simula una nube de 200.000 masas solares.
A medida que una estrella se forma y crece, comienza a producir un poderoso viento estelar. Además, el material que cae en la estrella comienza a interactuar con los campos magnéticos de la estrella; una parte se extrae con sifón, fluyendo a lo largo de las líneas del campo magnético hasta los polos, donde se lanza al espacio en forma de potentes chorros de plasma.
Ambas formas de retroalimentación empujan el gas circundante, que corta el flujo de material, evitando que la estrella siga creciendo.
Investigaciones recientes, basadas en datos de observación, sugirieron que la retroalimentación estelar puede no desempeñar un papel tan importante en la determinación de la masa de una estrella como pensábamos.
Pero la investigación del equipo mostró lo contrario. Cuando ejecutaron la simulación sin chorros, terminaron con estrellas mucho, mucho más grandes. Con los jets incluidos, las estrellas terminaron siendo de tamaños más normales.
“Los chorros interrumpen la entrada de gas hacia la estrella”, Grudić explicó.
“Básicamente, soplan gas que habría terminado en la estrella y aumentado su masa. La gente sospecha que esto podría estar sucediendo, pero, al simular todo el sistema, tenemos una sólida comprensión de cómo funciona”.
Esto también demuestra maravillosamente el potencial de STARFORGE. Al comenzar con un escenario lo más cercano posible al Universo real, los astrónomos pueden explorar los diferentes procesos físicos que operan en los viveros estelares.
Activar y desactivar estos procesos puede ayudar a determinar cuáles juegan un papel importante y podría ayudar a responder preguntas cruciales sobre el Universo.
La investigación ha sido publicada en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
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