El Hubble troba que la «distància» de les estrelles més brillants és clau per preservar els discos primordials

El professor ICREA de l'IEEC a l'ICC Mark Gieles ha contribuït a la interpretació dels resultats.
 
Amb el Telescopi Espacial Hubble de la NASA/ESA, s'ha dut a terme un estudi de tres anys del jove cúmul estel·lar Westerlund 2. Es tracta d'un cúmul estel·lar fosc i compacte, que conté algunes de les estrelles més calentes, brillants i massives conegudes. Els investigadors han trobat que el material que envolta a les estrelles prop de centre del cúmul està misteriosament desproveït dels grans i densos núvols de pols que s'esperaria que es convertissin en planetes en uns pocs milions d'anys. La seva absència és causada per les estrelles més massives i brillants del cúmul que erosionen i dispersen els discos de gas i pols de les estrelles veïnes.

Aquest estudi, de domini temporal de 2016 a 2019, va tractar d'investigar les propietats de les estrelles durant les seves primeres fases evolutives i de seguir l'evolució dels seus entorns circunestel·lars [1]. Aquests estudis s'havien limitat anteriorment a les regions de formació estel·lar més properes i de baixa densitat. Ara, els astrònoms han usat el Telescopi Espacial Hubble per estendre, per primera vegada, aquesta investigació fins al centre d'un dels pocs cúmuls massius joves de la Via Làctia, el Westerlund 2.

Els investigadors han trobat que els planetes experimenten dificultats per formar-se en aquesta regió central del cúmul. Les observacions també revelen que les estrelles a la perifèria del cúmul tenen immensos núvols de pols formadors de planetes incrustats en els seus discos. Per explicar per què algunes estrelles de Westerlund 2 tenen dificultats per formar planetes mentre que d'altres no, els investigadors suggereixen que això es deu en gran mesura a la seva ubicació. Les estrelles més massives i brillants del cúmul es congreguen en el nucli. Westerlund 2 conté almenys 37 estrelles extremadament massives, algunes d'elles amb un pes de fins a 100 masses solars. La seva abrasadora radiació ultraviolada i els seus vents estel·lars similars a huracans actuen com bufadors i erosionen els discos al voltant de les estrelles veïnes, dispersant els gegantins núvols de pols.

L'investigador ICREA Mark Gieles, membre de l'Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a l'Institut de Ciències del Cosmos (ICC, UB), es va unir a aquesta investigació ja que la seva experiència en dinàmica estel·lar i dinàmica binària aporten una valuosa contribució a la interpretació dels resultats.

«Bàsicament, si tens estrelles monstruoses, la seva energia alterarà les propietats dels discos», explica la investigadora principal Elena Sabbi, de l'Space Telescope Science Institute (Baltimore, EUA). «Pot ser que encara tinguis un disc, però les estrelles canvien la composició de la pols dels discos, per la qual cosa és més difícil crear estructures estables que eventualment donin lloc als planetes. Creiem que la pols s'evapora en un milió d'anys, o canvia en composició i grandària tan dramàticament que els planetes no tenen els blocs de construcció necessaris per a formar-se».

Westerlund 2 és un laboratori únic en el qual es poden estudiar els processos evolutius estel·lars perquè està relativament a prop, és força jove i conté una rica població estel·lar. El cúmul resideix en un viver estel·lar conegut com Gum 29, situat a uns 14 000 anys llum de distància a la constel·lació de Carina (La Quilla). El viver estel·lar és difícil d'observar perquè està envoltat de pols, però la Càmera de Gran Angular 3 del Hubble pot mirar a través del polsós vel en llum infraroja propera, donant als astrònoms una visió clara dels cúmul. L'aguda visió de l'Hubble va emprar-se per resoldre i estudiar la densa concentració d'estrelles en el cúmul central.

«Amb una edat de menys d'uns dos milions d'anys, Westerlund 2 alberga algunes de les estrelles joves més massives i calentes de la Via Làctia», comenta el membre de l'equip Danny Lennon de l'Institut d'Astrofísica de Canàries i la Universitat de la Llacuna (Illes Canàries, Espanya). «L'entorn d'aquest cúmul està, per tant, constantment bombardejat per forts vents estel·lars i radiació ultraviolada d'aquests gegants que tenen unes masses de fins a 100 vegades la del Sol».

Sabbi i el seu equip van trobar que de les gairebé 5000 estrelles de Westerlund 2 amb masses d’entre 0,1 i 5 vegades la massa del Sol, 1500 d'elles mostren dramàtiques fluctuacions en la seva lluminositat, el que és comunament acceptat com a causa de la presència de grans estructures polsoses i planetesimals. El material en òrbita bloquejaria temporalment part de la llum estel·lar, causant fluctuacions en la brillantor. No obstant això, el Hubble només va detectar la signatura de partícules de pols al voltant d'estrelles fora de la regió central. No van detectar aquestes disminucions de brillantor en estrelles que resideixen dins dels quatre anys llum de centre.

«Creiem que són planetesimals o estructures en formació», explica Sabbi. «Aquestes podrien ser les llavors que eventualment donin lloc a planetes en sistemes més evolucionats. Aquests són els sistemes que no veiem a prop d'estrelles molt massives. Només els veiem en sistemes fora del centre».

Gràcies al Hubble, ara els astrònoms poden veure com les estrelles s'estan acumulant en ambients que són com l'Univers primitiu, on els cúmuls estaven dominats per estrelles monstruoses. Fins ara, l'entorn estel·lar proper més conegut que conté estrelles massives és la regió de naixement d'estrelles en la Nebulosa d'Orió. No obstant això, Westerlund 2 és un objectiu més ric a causa de la seva major població estel·lar.

«Westerlund 2 ens dóna estadístiques molt millors sobre com la massa afecta l'evolució de les estrelles, la rapidesa amb què evolucionen, i veiem l'evolució dels discos estel·lars i la importància de la retroalimentació estel·lar en la modificació de les propietats d'aquests sistemes», diu Sabbi. «Podem fer servir tota aquesta informació com a entrada per als models de formació de planetes i evolució estel·lar».

Aquest cúmul també serà un excel·lent objectiu per a observacions de seguiment amb el proper Telescopi Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA, un observatori infraroig. El Hubble ha ajudat als astrònoms a identificar les estrelles que tenen possibles estructures planetàries. Amb el telescopi Webb, els investigadors podran estudiar quins discos al voltant de les estrelles no estan acumulant material i quins discos encara tenen material que podria acumular-se en els planetes. El James Webb també estudiarà la química dels discos en diferents fases evolutives i observarà com canvien, per ajudar els astrònoms a determinar quin paper juga el medi ambient en la seva evolució.

«Una de les principals conclusions d'aquest treball és que la poderosa radiació ultraviolada de les estrelles massives altera els discos al voltant de les estrelles veïnes», declara Lennon. «Si això es confirma amb les mesures del Telescopi Espacial James Webb, aquest resultat també pot explicar per què els sistemes planetaris són rars en els antics cúmuls globulars massius».

El Telescopi Espacial Hubble és un projecte de cooperació internacional entre l'ESA i la NASA.

Notes

[1] Aquestes observacions es van fer sota els programes d'observació de l'Hubble # 14087, # 15362, i # 15514.

Enllaços

– IEEC
– ICC
– Nota de premsa al HubbleSite
 
Més informació

L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) promou i coordina la recerca i el desenvolupament tecnològic espacial a Catalunya en benefici de la societat. L’IEEC fomenta les col·laboracions tant a nivell local com mundial, i és un eficient agent de transferència de coneixement, innovació i tecnologia.  Com a resultat de més de 20 anys de recerca d’alta qualitat, duta a terme en col·laboració amb les principals organitzacions internacionals, l’IEEC es troba entre els millors centres d’investigació internacionals centrats en àrees com: l’astrofísica, la cosmologia, les ciències planetàries i l’observació de la Terra. La divisió d’enginyeria de l’IEEC desenvolupa instrumentació per a projectes terrestres i espacials, i té una àmplia experiència treballant amb organitzacions privades i públiques del sector aeroespacial així com altres sectors d’innovació.
   
L’IEEC és una fundació privada sense ànim de lucre regida per un Patronat compost per la Generalitat de Catalunya i unes altres quatre institucions amb una unitat científica cadascuna, que en conjunt constitueixen el nucli de l’activitat d’I+D de l’IEEC: la Universitat de Barcelona (UB) amb la unitat científica ICCUB – Institut de Ciències del Cosmos; la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) amb la unitat científica CERES – Centre d’Estudis i Recerca Espacials; la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) amb la unitat científica CTE – Grup de Recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai; i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) amb la unitat científica ICE – Institut de Ciències de l’Espai. L’IEEC està integrat en la xarxa CERCA (Centres de Recerca de Catalunya).

Imatge

PR_IEEC00021_Imagen 1
Peu de foto: Imatge del Westerlund 2 presa pel Telescopi Espacial Hubble de la NASA/ESA.
Crèdit: NASA, ESA, el Hubble Heritage Team (STScI / AURA), A. Nota (ESA / STScI), i l'Equip Científic del Westerlund 2.

Vídeo

PR_IEEC00021_Video1

Peu de vídeo: Una panoràmica de la nova imatge del cúmul estel·lar Westerlund 2, presa pel Telescopi Espacial Hubble de la NASA i ESA, i publicada per celebrar els seus 25 anys en òrbita.
Crèdit: NASA, ESA, el Hubble Heritage Team (STScI / AURA), A. Nota (ESA / STScI), i l'Equip Científic de Westerlund 2. Música: Johan Back Monell (www.johanmonell.com)

Contactes

Oficina de Comunicació de l'IEEC
Barcelona, Espanya
Rosa Rodríguez Gasén
Correu electrònic: comunicacio@ieec.cat 

Institut de Ciències del Cosmos (ICC, UB)
Institut d’Estudis  Espacials de Catalunya (IEEC)
Barcelona, España
Mark Gieles
Investigador ICREA 
Correu electrònic: mgieles@icc.ub.edu