La Galaxia, las nubes moleculares y la formación estelar (Astrobiología I)

Reconstrucción de la estructura de nuestra galaxia, en una vista desde uno de los polos galácticos. Nuevos datos tomados con el telescopio espacial Spitzer indican que la Galaxia contiene dos brazos principales: Scutum-Centaurus y Perseus) que comienzan en los extremos de una barra central. Otras dos estructuras similares, aunque mucho más pequeñas, se encuentran localizadas entre aquéllos, y se denominan brazos de Sagittarius y Norma. Existe una diferencia esencial entre los dos pares: los dos primeros están compuestos esencialmente por estrellas de diversas edades, mientras que los de tamaño más reducido contienen grandes cantidades de polvo y gas, junto con regiones de formación estelar. El Sol, con su sistema planetario, se localiza en una estructura denominada brazo de Orión, localizada entre el de Sagittarius y Perseus. Imagen en alta resolución.

La Vía Láctea está poblada de inmensas nubes, formadas gas y polvo (aproximadamente en un 99 y 1%, respectivamente) que adoptan estructuras muy complejas, y que están generalmente localizadas en el plano de la galaxia, especialmente en los brazos en espiral. Normalmente se encuentran en equilibrio, con unas masa de centenares o millares de masas solares, densidades muy bajas (desde cien a diez mil partículas por centímetro cúbico) y temperaturas próximas al cero absoluto (en el rango entre los 10 y los 30 K). Pero alguna influencia externa puede alterar ese equilibrio, denominado hidrostático, y puede provocar que se desestabilice y que las fuerzas gravitatorias venzan a la presión dentro de la nube y a otras fuerzas que evitan el colapso (como fuerzas de origen magnético). Una de estas causas puede ser la explosión de una supernova cercana. El frente de choque barre el material que se encuentra a su paso. Cuando interactúa con un nube, provoca la compresión de su material y puede dar lugar a ese colapso que producirá la nueva generación de estrellas.

Colección de imágenes tomadas por el satélite infrarrojo Spitzer de diferentes regiones dentro de la Vía Láctea. Imagen en alta resolución.

Así, la nube interestelar se comprime, se fragmenta en trozos más pequeños y cada uno de ellos puede dar lugar a la formación de una protoestrella o a un sistema múltiple, que está rodeada por una capa de polvo y gas y que emite principalmente en el infrarrojo medio y lejano. Esta protoestrella se irá contrayendo y calentando progresivamente, debido a la conversión de energía de su potencial gravitatorio en térmica, emitiendo el resto esencialmente como radiación infrarroja. Este proceso ocurre hasta que el objeto posee un núcleo tan caliente y denso, con presiones tan altas, que comenzara a producir reacciones nucleares en su interior. De ese momento en adelante, esa será su principal fuente de energía. Durante la mayor parte de su vida, será la transformación de hidrógeno en helio.

Ilustración con uno de los posibles mecanismo inductores de la formación de una nueva generación: el efecto de una supernova cercana sobre una nube de materia interestelar (crédito NASA/IPAC). Imagen en alta resolución.

Durante la fase inicial, que ocupa unos pocos millones de años, la protoestrella sufre una serie de fenómenos que son muy interesantes, y cruciales para la formación de los sistemas planetarios. Mientras se contrae, por el efecto de la conservación del momento angular (una magnitud que tiene que ver con la rotación de cualquier objeto), empieza a rotar más y más rápido. También acreta material. Primero de la envoltura, que también se deposita en un disco circunestelar perpendicular al eje de rotación. Después es el disco, que se convierte en la principal reserva para el crecimiento de la masa de lo que ya se puede denominar como estrella. Además, la estrella es capaz de deshacerse de parte de su momento angular expulsando material por su eje de rotación, por sus polos. Lo hace en forma de chorro colimado, que sale a gran velocidad y puede alcanzar grandes distancias. Por otra parte, las interacciones dinámicas entre diferentes protoestrellas o estrellas dentro de una nube pueden dar lugar a que algunas salgan despedidas. Además, el disco también tiene su propia evolución. Cambia de composición química, los granos de polvo que la componen pueden agruparse y crecer de tamaño, iniciando lo que será la formación de un sistema planetario. Este proceso, cuyos detalles dependen de varios factores entre los que destaca la masa de la estrella, puede durar varias decenas de millones de años.

La imagen muestra la nube obscura denominada Barnard 30, localizada a unos 1300 años-luz. Ha sido creada a partir de varias tomadas con los instrumentos IRAC y MIPS, a bordo del observatorio Spitzer, con diferentes filtros infrarrojos. Es, por tanto, una imagen en falso-color. Nos permite mostrar la nueva población de estrellas y de enanas marrones que se han formado recientemente. En muchos casos, poseen discos circunestelares que podrían generar a su vez sistemas planetarios. Además, nos permite detectar material más frío: compuestos orgánicos denominados hidrocarburos aromáticos policíclicos (en verde) y partículas de polvo interestelar calentadas por las nuevas generaciones de estrellas. Crédito NASA/JPL-Caltech/D. Barrado y Navascués (LAEFF-INTA). Imagen en alta resolución.

ENLACES:

• NASA/Spitzer (en español)
• NASA’s Spitzer Begins Warm Misión
• ESA. Herschel
• CBE. Telescopios Espaciales en el infrarrojo: IRAS, Akari y Spitzer
• CBE. El Universo del Infrarrojo: el cielo visto por el telescopio espacial Spitzer
• Los ojos infrarrojos de NASA: El Telescopio Espacial Spitzer
• Wikipedia. Momento angular
• CBE. Records interplanetarios
• LAEFF. Asociaciones estelares
• LAEFF. Exoplanetas
• LAEFF. Discos circunestelares
• LAEFF. Objetos aislados de masa planetaria
• CBE. El «naciente» sistema planetario de Beta Pictoris
• Centro de Astrobiología