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Menor tasa de formación de estrellas en el Universo actual.

En el Universo local o cercano, hay galaxias que disminuyeron su formación de estrellas, incluso la Nuestra (pdp, 14/abr./2016, Nuestra galaxia está apagando sus luces, https://paolera.wordpress.com/2016/04/14/nustra-galaxia-esta-apagando-sus-luces/).
Hay dos parámetros importantes para el estudio de la formación estelar.
Uno es la tasa de formación estelar o rapidez con que se forman estrellas en el tiempo. El otro, es la masa estelar o masa convertida en estrellas, lo que da idea de la cantidad de estrellas formadas.
Es evidente que ambos deben tener las mismas cualidades, donde uno aumenta también lo hace el otro. Es sabido que las estrellas masivas llevan vidas muy activas y cortas, explotando retornando materia enriquecida de donde nacen estrellas de segunda generación como el Sol.

Parece que el Universo está algo perezoso.

CSFRD, Yu & Wang+16

Gráfico donde se observa la masa estelar en verde y la tasa de formación estelar en azul al lo largo de la evolución del Universo – Publicado en el trabajo de H. Yu & F. Y. Wang.

Observando objetos lejanos, tenemos información de cómo era el Universo en sus comienzos por el tiempo que tarda la luz en llegarnos. En aquellas épocas la formación de estrellas tuvo lugar en lo que se conoce como el amanecer cósmico. Tanto la tasa de formación estelar como la masa estelar iban en crecimiento (parte derecha del gráfico). Ambas tuvieron su máximo hace unos 10 mil millones de años, cuando el Universo tenía unos 4 mil millones de años de edad.
Pero actualmente, según se observa en la parte izquierda del gráfico, no sólo ambos parámetros han disminuido, sino que la taza de formación de estrellas ha disminuido mucho en relación a la masa estelar. Esto indicaría que el Universo está disminuyendo su proceso de formación de estrellas.

Referencia:

Fuente:

  • arXiv:1602.01985v1 [astro-ph.GA] 5 Feb 2016 , On the inconsistency between cosmic stellar mass density and star formation rate up to z ∼ 8, H. Yu and F. Y. Wang.
    https://arxiv.org/pdf/1602.01985.pdf

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Las raras enanas J0815 y J0023.

Ya les había comentado que los objetos raros van a para a la bolsa de los objetos raros; el problema comienza cuando esa bolsa se llena.

Cuando una estrella nace, entra en la Secuencia Principal (SP). Es la etapa donde la estrella pasa la mayor parte de su vida, de ahí que la SP sea el conjunto al que pertenecen la mayor parte de las estrellas; el Sol inclusive.
Luego pasan a la etapa de Gigantes para terminar colapsando en Enanas Blancas o estallando como Supernovas. En este último caso, retornan material enriquecido al Espacio de donde nacen estrellas de segunda generación e incluso planetas; por ejemplo: nuestro Sistema Solar.

Las estrellas se dividen en poblaciones (https://es.wikipedia.org/wiki/Poblaci%C3%B3n_estelar). Las más jóvenes son las de Población I, las de Población II son más viejas y se buscan las de Población III, que serían las primeras en haberse formado (pdp, 23/jun./2017, Estrellas de Pop III: dónde buscarlas, https://paolera.wordpress.com/2017/06/23/estrellas-de-pop-iii-donde-buscarlas/).

Las estrellas Enanas, son ricas en metales y Carbono y son estrellas de segunda generación, como el Sol. Las estrellas de Población III, como las primeras del Universo, deben ser ricas en Hidrógeno y pobres en elementos más pesados (pobres en metales) y particularmente pobres en Carbono.
Las masivas ya deben haber explotado ya que duran millones de años; llevan vidas vertiginosas. Las menos masivas duran más, pueden estar aún con vida, pero ya deben estar en la etapa de Gigantes.

Video: Formación de las primeras estrellas de la Vía Láctea.

Publicado el 19 dic. 2017

En el halo de la Galaxia, se han descubierto dos enanas muy particulares. Se trata de J0815+4729 (en diciembre del 2017) y J0023+0307 (en febrero del 2018).
Ambas enanas son pobres en metales, en particular, J0023 también es muy pobre en Carbono. Son muy viejas, J0023 tiene casi la edad del Universo, por lo que, según su edad y composición, serían estrellas de Población III.
Ambas están en la SP, y eso es lo extraño. Con semejante edad, deberían ser evolucionadas estrellas Gigantes.
Luego, estas ancianas Enanas pobres en metales y Carbono desafían los modelos de formación estelar de estrellas de baja metalicidad.

Referencia:

Fuente:

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Protoestrellas en ambientes hostiles.

Sabemos que las estrellas nacen de nubes de gas en colapso.
Para eso, en la nube deben darse condiciones favorables a este proceso de formación estelar. La nube debe estar fría, así el gas en estado molecular, no tiene mayores turbulencias que molesten al proceso de colapso para la formación de protoestrellas.
Hay muchos proceso reguladores de la formación estelar, todos colaboran con una sutil ayuda al colapso del gas (pdp, 28/may./2013, Procesos reguladores de la formación estelar, https://paolera.wordpress.com/2013/05/28/procesos-reguladores-de-la-formacion-estelar/).

No hay ambiente más hostil para el nacimiento de estrellas que las nubes calientes, donde las moléculas se rompen en átomos y éstos se ionizan (se parten en sus partículas componentes). En esos ambientes, incluso suelen haber grandes convecciones, corrientes de materia que atentan contra la serenidad necesaria para el colapso gravitacional originador de estrellas.
Esos ambientes existen.
El material que cae en un agujero negro (AN), se arremolina, autofricciona y recalienta. Más aún, desde los polos del AN salen chorros de materia a alta velocidad y temperatura.
Todo lo contrario de lo esperado para que nazcan estrellas.
Sin embargo, se han observado estrellas en formación con alta velocidad en los chorros de materia de los ANs centrales de alguna galaxias.

Black hole wind sweeping away galactic gas

Ilustración sin crédito – ver enlace.

Todo indica que en esos chorros, la materia se enfría antes de lo que se espera y permite la formación de átomos y moléculas. Luego, a medida que se frena, se dan las condiciones que permiten la formación estelar. La protoestrellas así formadas serían más calientes que las que se dan en ambientes menos hostiles.

Referencia:

Fuente:

  • MNRAS 000, 1–30 (2017), Preprint 24 October 2017. The origin of fast molecular outflows in quasars: molecule formation in AGN-driven galactic winds, Alexander J. Richings et al.
    https://arxiv.org/pdf/1706.03784.pdf

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El criterio de Toomre y la tasa de formación estelar.

El colapso de una nube de gas en estado molecular de origen a estrellas.
Ese colapso es gravitacional, la nube autogravita cayendo sobre ella misma. Puede tener cierta rotación o puede que en ella haya movimientos que “molesten” ese colapso, incluso compensarlo o desarmar la nube. A esa relación gravitacional – dinámica se la analiza en el criterio de Toomre (https://en.wikipedia.org/wiki/Toomre%27s_stability_criterion).

La mayoría de esos nubes provienen de estallidos de estrellas masivas. Luego, las estrellas se reproducen de material enriquecido. Nuestro Sol es una estrella de 2da. generación.

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Nube molecular en Tauro. Crédito de ESO/APEX (MPIfR/ESO/OSO)/A. Hacar et al./Digitized Sky Survey 2. Acknowledgment: Davide De Martin

Pero si todas las nubes autogravitan y colapsan, debería haber una formación estelar en la Vía Láctea mayor a la observada; de hecho, con su modesta formación de 1 o 2 al año, se llegó a pensar que nuestra Galaxia estaría “apagando sus luces” (pdp, 14/abr./2016, Nuestra galaxia está apagando sus luces, https://paolera.wordpress.com/2016/04/14/nustra-galaxia-esta-apagando-sus-luces/). En otras palabras, algo está dificultando los colapsos de las nubes y frenando la formación estelar.

Cuando nace una estrella, sus primeras luces generan un viento estelar, una radiación de energía y partículas que aleja de ella a la materia que podría seguir absorbiendo. Es por eso que se piensa que las grandes estrellas masivas son el resultado de la unión de otras de masas no tan grandes.
Esa radiación, pude generar corrientes convectivas en la nube, incluso dispersarla, y eso puede colaborar con la disminución del colapso para formar más estrella.
Este proceso podría explicar por qué no hay tanta formación estelar, si es que todas las nubes tienden a colapsar, esto compensaría ese proceso.
Todo sugiere que el criterio de Toomre puede ser la clave para entender por qué hay diferentes tasas de formación estelar, ya que ese criterio tiene en cuenta la relación gravitacional – dinámica que se da en una nube de gas para ser molecular y generadora de estrellas.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Prebióticos en Rho Ophiuco.

Sabemos que somo hijos de las estrellas, en particular de las supernovas (pdp, 06/ago./2013, Somos hijos de las estrellas, pero ¿de cuales?, https://paolera.wordpress.com/2013/08/06/somos-hijos-de-las-estrellas-pero-de-cuales/).
Las supernovas son estrellas masivas que al morir en una colosal explosión, retornan material enriquecido al espacio. De ese material, se forman estrellas de segunda generación y planetas con el material necesario para la Vida.
Para que eso suceda, es fundamental que haya prebióticos. Éstos, son especies químicas que favorecen la aparición de bacterias. Como dato curioso hay perbióticos en Ceres (pdp, 17/feb,/2017, Prebióticos en Ceres y la edad de Cerealia Fecula, https://paolera.wordpress.com/2017/02/17/prebioticos-en-ceres-y-la-edad-cerealia-facula/).

La región Rho Ophiuco es un complejo molecular donde se está dando formación estelar. Allí, a unos 400 años luz de casa, están naciendo estrellas de tipo solar, rodeadas de materia de la que nacen. En ese escenario se detectó la existencia de isocianato de metilo.

ALMA Finds Ingredient of Life Around Infant Sun-like Stars

Imagen de Rho Ophiuco y la zona donde se encontró isocianato de metilo. – Crédito de: ESO/Digitized Sky Survey 2/L. Calçada.

Esta molécula, junto a azúcares hallados, son fundamentales en la aparición de aminoácidos. Luego se trata de prebióticos necesarios para la Vida, al menos tal como la conocemos.
Esto viene a confirmar el origen de los pilares para la aparición de formas de vida, y ayuda a comprender cómo se pudo dar en nuestro Sistema.

Referencias:

Fuentes:

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Repentina actividad en NGC 6334I-MM1.

El complejo cumular el Trapecio en Orión, es una activa región de formación de estrellas.
Recibe ese nombre por destacarse cuatro estrellas masivas y calientes ubicadas en los vértices de un aparente trapecio.
El complejo NGC 6334 muestra una apretada región de formación estelar cerca de su límite Norte. Se trata de NGC 6334I.
Esta región muestra cuatro componentes catalogadas como MM1, MM2, MM3 y MM4.
En ellas se está dando la formación de estrellas masivas y calientes, lo que permite suponer que, con el tiempo, cada una serán masivas estrellas centrales de cúmulos de estrellas de tipo OB (vigorosas estrellas masivas y calientes). Esto convierte a NGC 6334I en una región “proto-Trapecio”.
Pero llama la atención lo que sucede en MM1.

mm1

Imagen en mico-ondas publicada en el trabajo de T. R. Hunter et al.

Se observó que esta estructura ha cambiado su morfología (forma) mientras aumentaba repentinamente de brillo y despedía polvo. Todo es consistente con una fulguración debida a una brusca acreción de materia en la masiva protoestrella central.

 

Esto seguramente impacta en la evolución de este sistema y sus vecindades, lo que lo transforma en un objeto de seguimiento para el estudio de la formación de cúmulos estelares.

 

Fuente:

  • submitted 2017 Jan 10; accepted 2017 Jan 27, AN EXTRAORDINARY OUTBURST IN THE MASSIVE PROTOSTELLAR SYSTEM NGC6334I-MM1:
    QUADRUPLING OF THE MILLIMETER CONTINUUM.

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Formación estelar en brazos espirales y espolones.

Dentro de las morfologías de galaxias, las más llamativas suelen ser las espirales.
Para que se formen esos brazos, deben darse ciertas condiciones.
La materia no debe estar distribuida de manera uniforme y debe haber una rotación diferencial, es decir que, la rotación es más lenta a medida que nos alejamos del centro. Sin esas dos condiciones, no hay espirales.
Los brazos espirales resaltan a la vista. Eso hace pensar que allí hay mayor cantidad de estrellas que en otras partes de la galaxia. Pero no es así. Si bien es cierto que se destacan por ser regiones luminosas, en ellos no hay más estrellas. Sucede que en los brazos espirales hay muchas estrellas jóvenes y brillantes; los brazos espirales son cuna de estrellas. Eso los hace resaltar respecto del resto de la galaxia dando la apariencia de estar más poblados de estrellas.
Como las galaxias se formaron desde su centro, es lógico hallar en esas regiones muchas estrellas evolucionadas. Con el tiempo, se fueron consolidando las partes exteriores y luego comenzó allí la formación de estrellas más jóvenes que las de las regiones centrales.

Pero la gran pregunta es: ¿cómo se originan esos brazos?
Bien, el proceso no está totalmente entendido, pero se trata de ondas que se propagan en un disco de materia bajo la acción de la rotación diferencial. En estos brazos, se favorece la formación de estrellas, las cuales luego de nacer los abandonan. Para que se forman estrellas, debe darse que el gas esté frío (al menos no muy caliente para que la agitación impida el colapso) y se debe contar con la ayuda de procesos que colaboren con el colapso de ese gas. En los brazos, se dan esas condiciones ya que las ondas tienden a colapsar el gas.
Para el estudio de los brazos y sus propiedades, a veces es bueno observaros desde adentro, como en el caso de la Vía Láctea; y a veces desde afuera, como en el caso de otras grandes galaxias espirales.
Para eso se observó la relativamente cercana galaxia M51, familiarmente conocida como “galaxia remolino”.

Messier51.jpg

Imagen de M51 publicasa eb Wikipedia crédito de NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), and The Hubble Heritage Team STScI/AURA)

A lo largo de los brazos espirales, hay estructuras alargadas, como en forma de espolón, perpendiculares a ellos, donde también se da el nacimiento estelar. Esto no es un detalle menor. Hay evidencias de formación estelar reciente o en curso en esas espolones, donde el gas tiene las mismas propiedades que el que está en los brazos. No hay tendencias a determinadas edades en las estrellas de los brazos o de los espolones.
Todo indica que hay otros procesos además de los involucrados en los brazos, que dan origen a la formación de estrellas en los espolones, y esos procesos se sostienen a lo largo de grandes escalas de tiempo.
Luego, la relación entre brazos y estrellas jóvenes no está aclarada totalmente.

espolonesbrazos

Detalle de M51 donde se aprecia los espolones (regiones en rojo) y parte de un brazo ({arm} en color azul). Imagen publicada en el trabajo de Eva Schinnerer et al.

 Artículo relacionado:

Fuente:

  • Accepted version, 09/jan./2017, The PdBI Arcsecond Whirlpool Survey (PAWS).
    The Role of Spiral Arms in Cloud and Star Formation, Eva Schinnerer et al.
    https://arxiv.org/pdf/1701.02184v1.pdf

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Interacción nube-nube como proceso de formación estelar.

Hay varios procesos que inducen a la formación estelar en nubes de gas.
La nube debe estar a baja temperatura para que no existan turbulencias que tiendan a desparramar el gas. Si eso se da, la presión de radiación producida por una supernova cercana o por un chorro de materia de un agujero negro, puede colaborar con la compresión de ese gas y dar lugar a la formación de estrellas.
En los grandes complejos nebulares, hay estrellas masivas de tipo O, algunas en cúmulos y otras aisladas, que con su radiación están excitando y rompiendo los átomos (ionizando) del gas de esos complejos. Se piensa que esas estrellas se podrían haber formado por colisión entre nubes, agregando de esta manera otro mecanismo de formación estelar a los ya conocidos.

En la nebulosa “Trífida” o M20 en Sagitario, se observa una estrella aislada de tipo O7,5 (joven y masiva) que está ionizando su entorno. Se estima que se formó hace unos 300 mil años por el choque de dos nubes.
Observaciones recientes (2011 al 2016) han detectado dos nubes hacia M20, lo que tiende a confirmar el proceso de la colisión nube – nube como formador de estrellas masivas.

nube-nube

Ilustración del modelo de Habe & Ohta (1992) publicada en el trabajo de K. Torii et al.

El modelo sugiere que si dos nubes de diferentes tamaños y densidades se encuentran, en la interfaz se pueden formar nódulos o grumos de materia que darían origen a estrellas masivas.

Referencia:

Fuente:

  • Draft version January 2, 2017,TRIGGERED O STAR FORMATION IN M 20 VIA CLOUD-CLOUD COLLISION, COMPARISONS BETWEEN HIGH-RESOLUTION CO OBSERVATIONS AND SIMULATIONS, K. Torii et al.
    https://arxiv.org/pdf/1612.09458v1.pdf
  • (fuente agregada el 31/ago./2017) – Publ. Astron. Soc. Japan (2014) 00(0), 1–13, Star Formation Induced by Cloud-Cloud Collisions and Galactic Giant Molecular Cloud Evolution, Masato I.N. KOBAYASHI et al.
    https://arxiv.org/pdf/1708.07952.pdf

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COSMOS 11494 desafía los modelos.

Vamos despacio que esto es para disfrutar… (eso creo…)

cosmos

COSMOs 11494 por HST – Imagen del trabajo de M. Kiek et al.

La galaxia catalogada como COSMOS 11494 es una gran elíptica a casi 11 mil millones (10,7) de años luz de casa. Eso quiere decir que la luz viajó ese tiempo hasta llegar a nosotros. Y eso indica que la vemos como era hace casi 11 mil millones de años atrás. Sabiendo que el Universo tiene casi 15 mil millones de años, vemos a esa galaxia como era cuando el Universo tenía apenas casi 4 mil millones de años.
Eso realmente es poca edad (astronómicamente), es decir que la vemos muy joven.

Se estudió la química de esa galaxia. Los elementos en ella, son procesados en las estrellas. Las masivas que mueren en tremendas explosiones, son las principales enriquecedoras del material interestelar (de donde pueden nacer estrellas de 2da. generación). Se halló mucho Magnesio, que es producido por estrellas masivas de vida rápida y corta; y Hierro, producido por estrellas enanas de vidas más largas y tranquilas que explotan en eventos de supernovas por recibir materia de sus compañeras (SN Ia).
Luego, todo esto indica una gran y rápida formación estelar de estrellas masivas. Y eso es una tremenda formación estelar.
ES cinco veces más masiva que nuestra galaxia. Haciendo las cuentas, esta galaxia, formó entre 600 y 3000 masas solares en estrellas por año; sería entre 600 y 3000 soles al año. A manera de comparación, la Vía Láctea forma 2 masas solares (o dos Soles) anuales.
Pero se la observa con una formación estelar relajada; o sea que esa abrupta generación de estrellas, duró muy poco, se calcula que duró entre 100 millones y 500 millones de años; un parpadeo astronómico si tenemos en cuenta que una estrella como el sol vive unos 10 mil millones de años (casi la edad de la Vía Láctea).
Hoy en día, debe ser una tranquila elíptica como M87. Pero hay que investigar algo: ¿cómo fue que tuvo esa brusca formación estelar?, ya que eso escapa a los modelos evolutivos galácticos de Hoy.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Berrinches estelares.

Las estrellas cuando nacen, hacen verdaderos berrinches.
Recordemos que nacen del colapso de una nube de gas y polvo; la cual está fría y tranquila, sin mayores corrientes de materia. Al comenzar a brillar, generan sus primeras versiones de vientos estelares; un flujo de energía y partículas que interactúa con el material en acreción que aún las rodea. Así, también nace y se acentúa su campo magnético, el que también afecta el entorno del naciente astro.
Luego, cuando la radiación es más intensa y casi llegando al final de su nacimiento, ese viento estelar aleja el material que pueda quedar cerca de ella, como si se limpiara, impidiendo más acreción. Por este motivo es que se piensa que no se formarían estrellas muy masivas si no es por la fusión de dos estrellas durante su formación.

Mientras todo esto sucede, aparecen chorros de materia ionizada. Es material formado por átomos partidos en sus partículas componentes, originado por el calor propio de la estrella en formación. O sea, jets de materia de origen térmico o termales.
Estos chorros se originan en las vecindades de estrella naciente, a algunos cientos de Unidades Astronómicas (UA) de la estrella (UA distancia entre la Tierra y el Sol = 150 000 000 Kms.).
Los jets nacerían como resultado de la saturación de la capacidad de absorber materia y energía a través de la superficie, de la misma manera que se originan los jets de los agujeros negros (superación de límite de Eddington).

Un ejemplo de esto, es lo que sucede en la nube caliente molecular catalogada como G023.01-00.41, una activa región de formación estelar.
A unos 15000 años luz de nosotros, esta región es muy luminosa, con un brillo total de casi 40 mil veces la luminosidad del Sol.
Cerca de su centro (geométrico), se detectó una fuente compacta de energía en ondas de radio (largas longitudes de onda detectables en Radio-Astronomía), tratándose de una jóven estrella (de tipo O) aún envuelta en materia.
De sus vecindades, dentro de las 100 UA, nacen chorros de materia. A manera de escala, tengamos en cuenta que Plutón está a unas 40 UA del Sol.
Estos chorros llegan a poco más de 100 mil UA de su origen, algo así como la distancia aproximada del Sol a la Nube de Oort.

jetnaciente

Gráfico publicado en el trabajo de A. Sanna et al.

En el gráfico publicado en el trabajo de Sanna et al., a aprecian los contornos de energía que denotan la morfología de la nube. El cono del jet (señalado en color gris) es de unos 22º de abertura y su eje, casi coplanar con el cielo, forma un ángulo de casi 58º con la dirección Norte-Sur. La estrella amarilla señala la posición aproximada de la joven estrella dentro de la nube y las flechas negras señalan la dirección de movimiento del materia dentro de la misma.

Fuente:

pdp.