La reconstrucción 3D revela las actividades de formación estelar de dos nubes de polvo

Usando las decenas de miles de estrellas observadas por la sonda espacial Gaia, los astrónomos de MPIA y Chalmers revelaron las formas tridimensionales de dos grandes nubes moleculares que forman estrellas, la nube de California y la nube de Orión A. En imágenes 2D convencionales, parecen similares y contienen filamentos de polvo y gas con densidades aparentemente similares. Sin embargo, en 3D, se ve bastante distinto. De hecho, su densidad es muy diferente de lo que podrían sugerir sus imágenes proyectadas desde el cielo. Este hallazgo resuelve el antiguo misterio de por qué estas dos nubes forman estrellas a ritmos diferentes.

Las nubes cósmicas de gas y polvo son el hogar de las estrellas. Más específicamente, las estrellas se forman en los bolsillos más densos de este material. Las temperaturas descienden hasta casi el cero absoluto y el gas densamente empaquetado colapsa por su propio peso, formando finalmente una estrella. «La densidad, la cantidad de materia compactada en un volumen dado, es una de las propiedades críticas que determinan la eficiencia de la formación estelar», dice Sarah Rezai Khoshbacht. Es astrónoma del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania, y autora principal de un nuevo artículo publicado en Cartas de revistas astrofísicas hoy dia.

en estudio piloto En este artículo, Sarah Rezai Khoshbacht y el coautor Johnny Kainolin aplican un método que les permite reconstruir las formas 3D de nubes moleculares en dos gigantescas nubes formadoras de estrellas. Kainulainen es científico de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Gotemburgo, Suecia, y también ha estado en MPIA. Sus objetivos eran Orion A Cloud y California Cloud.

Medir la densidad dentro de las nubes suele ser difícil. «Todo lo que vemos cuando observamos objetos en el espacio es su proyección bidimensional en una esfera celestial imaginaria», explica Johnny Kainolin. Es un experto en interpretar el efecto de la materia cósmica sobre la luz estelar y calcular densidades a partir de estos datos. Kainulainen agrega: «Las observaciones tradicionales carecen de la profundidad necesaria. Por lo tanto, la única densidad que generalmente podemos inferir de estos datos es la llamada densidad de columna».

La densidad de columna es la masa añadida a lo largo de la línea de visión dividida por la sección transversal proyectada. Por lo tanto, las densidades de las plumas no reflejan necesariamente las densidades reales de las nubes moleculares, lo cual es un problema cuando se relacionan las propiedades de las nubes con la actividad de formación estelar. De hecho, las imágenes de las dos nubes examinadas en este trabajo que muestran la emisión de polvo térmico aparentemente comparten estructuras y densidades similares. Sin embargo, las tasas muy diferentes de formación estelar han desconcertado a los astrónomos durante muchos años.

En cambio, la nueva reconstrucción 3D ahora muestra que estas dos nubes no son lo mismo después de todo. A pesar de su apariencia filiforme representada por las imágenes 2D, la nube de California es una hoja plana de casi 500 años luz de diámetro con una gran burbuja que se extiende debajo. Por lo tanto, no se puede atribuir una sola distancia a la nube de California, lo que tiene importantes implicaciones para la interpretación de sus propiedades. Desde nuestro punto de vista en la Tierra, está orientado casi hasta el borde, lo que solo imita la estructura filamentosa. Como resultado, la densidad real de la hoja es mucho menor que la indicada por la densidad de la pluma, lo que explica la discrepancia entre las estimaciones de densidad anteriores y la tasa de formación de estrellas de la nube.

¿Y cómo se ve Orion A Cloud en 3D? El equipo confirmó su densa estructura filamentosa vista en las imágenes 2D. Sin embargo, su forma real también es diferente de lo que vemos en 2D. Orion A es bastante complejo, con condensación adicional a lo largo del borde sobresaliente del gas y el polvo. En promedio, Orion A es más densa que la nube de California, lo que explica su actividad de formación estelar más pronunciada.

Sarah Rezai Khoshbacht, también afiliada a la Universidad Tecnológica de Chalmers, desarrolló el método de reconstrucción 3D mientras recibía su doctorado. en MPIA. Se trata de analizar el cambio de la luz estelar al pasar a través de esas nubes de gas y polvo medido por la sonda espacial Gaia y otros telescopios. Gaia es un proyecto de la Agencia Espacial Europea (ESA) cuyo principal objetivo es medir con precisión las distancias de más de mil millones de estrellas en la Vía Láctea. Estas distancias son críticas para el método de reconstrucción 3D.

«Analizamos la luz de 160.000 y 60.000 estrellas para las nubes de California y Orion A, respectivamente», dice Sarah Rezai Khoshbacht. Los astrónomos recrearon las formas y la densidad de la nube con una precisión de solo 15 años luz. «Este no es el único enfoque que utilizan los astrónomos para derivar estructuras de nubes espaciales», agrega Rezai Khosbakht. «Pero nuestros hallazgos brindan resultados sólidos y confiables sin artefactos digitales».

Este estudio demuestra su potencial para mejorar la investigación sobre la formación de estrellas en la Vía Láctea al agregar una tercera dimensión. “Creo que un hallazgo importante de este trabajo es que desafía los estudios que se basan únicamente en la columna densidad Umbrales para derivar propiedades de formación estelar y compararlas entre sí”, concluye Sarah Rezaei Khoshbacht.

Sin embargo, este trabajo es solo el primer paso de lo que los astrónomos quieren lograr. Sarah Rezaei Khoshbachht está llevando a cabo un proyecto que eventualmente producirá la distribución espacial del polvo en toda la Vía Láctea y revelará su conexión con la formación estelar.