Gracias a nuevas observaciones con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos liderados por Shigehisa Takakuwa, del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica de Taiwán (ASIAA), descubrió una espiral de polvo y gas molecular alrededor de dos jóvenes estrellas gemelas. Sus observaciones también revelaron la presencia de una corriente de gas que fluye hacia las estrellas. Este hallazgo muestra, por primera vez, la formación y crecimiento de sistemas binarios de estrellas, comunes en el Universo.

Las estrellas se forman en nubes de polvo y gas molecular. Estudios anteriores sobre formación estelar se concentraron principalmente en estrellas solitarias como el Sol, y se ha establecido un esquema estandarizado sobre ésta. De acuerdo a este esquema, una densa condensación de gas en una nube interestelar colapsa gravitacionalmente para formar una única protoestrella en su centro. Observaciones anteriores han detectado el movimiento de dicho gas colapsando y alimentando con material la protoestrella central.

En comparación a sistemas solitarios de estrellas, los estudios de sistemas binarios han sido limitados. Sin embargo, se sabe que más de la mitad de las estrellas con una masa similar a la del Sol son binarias, y es por lo tanto crucial observar los mecanismos físicos de la formación binaria para entender mejor los procesos de formación estelar. Teóricamente, un disco que rodea el sistema binario de protoestrellas lo alimentaría con material haciéndolas crecer. Mientras que observaciones recientes han detectado estos discos, llamados discos circumbinarios, alrededor de protoestrellas binarias, éstas no han podido revelar su estructura ni el movimiento del gas para alimentar las protoestrellas, debido a la falta de resolución y sensibilidad de sus instrumentos.

El equipo de investigación encabezado por Shigehisa Takakuwa, observó con ALMA las estrellas binarias L1551 NE ubicadas en la constelación de Tauro, a unos 460 años-luz de distancia, con una resolución 1,6 veces mejor y una sensibilidad 6 veces mayor que observaciones anteriores hechas con el SubMillimeter Array (SMA). Observaron las emisiones de polvo, a 0,9 mm de longitud de onda para trazar la distribución de material interestelar, y las emisiones de monóxido de carbono para estudiar el movimiento del gas con el efecto Doppler. Encontraron componentes de gas asociados con cada una de las estrellas (ambas se pueden ver en la primera imagen), y un disco, circumbinario, que rodea ambas estrellas, con un radio de 300 UA, que corresponde a 10 veces el radio orbital de Neptuno en nuestro Sistema Solar. Es la primera vez que logran exitosamente representar en una imagen el detalle de las estructuras del disco circumbinario, y darse cuenta que éste tiene una característica forma de U al sur con extensiones al norte apuntando hacia el noroeste y noreste, como se puede observar en la imagen superior.

Para comprender estas nuevas características, el equipo de investigación construyó un modelo teórico de la formación binaria de L1551 NE, utilizando la súper computadora “ATEURI”, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). Tal y como se ve en la segunda imagen, la forma de U al sur y las protuberancias en el norte observadas con ALMA se pueden reproducir con un par de brazos en espiral derivados de cada una de las protoestrellas. Los investigadores también estudiaron el movimiento del gas observado a través de las emisiones moleculares de monóxido de carbono, e identificaron una rotación más rápida en los brazos en espiral y una rotación más lenta en la zonas entre los brazos. En estas últimas zonas también se observa un movimiento de atracción del gas hacia la protoestrella binaria, al que llaman proceso de alimentación de las protoestrellas con material. Estos resultados muestran que las protoestrellas binarias sacuden el disco circumbinario que las rodea y producen la corriente de gas que las alimenta. “Nuestras observaciones de alta resolución con ALMA revelaron, por primera vez, imágenes en vivo del crecimiento de las protoestrellas binarias”, dijo Takakuwa.

Tomoaki Matsumoto, profesor de la Universidad de Hosei, responsable del modelo teórico que se usó en el súper computador, dijo que “las observaciones con ALMA coinciden sorprendentemente con las predicciones de la simulación”. Kazuya Saigo, coautor principal de la investigación junto a Takakuwa, explica que “la elevada capacidad de resolución y sensibilidad de ALMA fue clave para revelar la estructura y el movimiento del disco de gas. Combinar las imágenes de alta resolución de ALMA con los resultados de simulaciones informáticas va a ser cada vez más común en el futuro, y nuestra investigación puede verse como precursora de esa tendencia”.

El estudio “Angular Momentum Exchange by Gravitational Torques and Infall in the Circumbinary Disk of the Protostellar System L1551 NE” fue publicado en la edición del 20 de noviembre de 2014 de The Astrophysical Journal.

Fuente: ALMA