Un equipo de astrónomos resuelve un misterio estelar de 30 años

Un equipo internacional de astrónomos ha obtenido las primeras imágenes directas de alta resolución de un campo magnético que envuelve firmemente el flujo de gas que emana de una estrella en formación.

Esta evidencia resuelve un enigma de décadas sobre cómo las estrellas jóvenes dan forma a los potentes chorros de materia que las originan. El equipo, en el que participa el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), ha utilizado el radiotelescopio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del cual es socio el Observatorio Nacional de Radioastronomía de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF NRAO). 

Los hallazgos, publicados en Nature Communications, han sido realizados por un equipo de investigación liderado por Tao-Chung Ching, antiguo beneficiario de la beca Jansky de la NSF NRAO bajo la mentoría del científico Emmanuel Momjian. Estos se centran en NGC 1333 IRAS 4A, un joven sistema estelar binario incrustado en la nube molecular de Perseo, a unos 960 años luz de la Tierra.

Las estrellas recién formadas crecen atrayendo gas y polvo de un disco de material circundante. Al hacerlo, también expulsan parte de ese material de vuelta al espacio en chorros rápidos y estrechos de materia, y en flujos más amplios y lentos. La ciencia sospecha desde hace tiempo que este proceso está moldeado e impulsado por campos magnéticos que se retuercen formando una especie de embudo alrededor del chorro de materia.

“Por primera vez, estas observaciones de ALMA han captado este embudo invisible de campos magnéticos”, afirma Ching. “Esto es emocionante porque demuestra una teoría de hace décadas sobre cómo nacen las estrellas, como nuestro propio Sol, y cómo emiten potentes chorros cósmicos”, añade. 

El equipo ha utilizado la excepcional resolución de ALMA, aproximadamente 30 veces superior a la de telescopios anteriores, para medir la débil polarización del gas de monóxido de carbono que irradia desde el flujo de salida alrededor de IRAS 4A. Esta señal de polarización permitió a los investigadores rastrear la morfología y la intensidad del campo magnético que atraviesa el flujo de salida a distancias de tan solo unos cientos de unidades astronómicas (la distancia promedio entre la Tierra y el Sol) de la joven estrella.

El equipo descubrió que el campo magnético medía unas pocas milésimas de gauss (modesto en comparación con un imán, pero inmenso en la escala del espacio interestelar) y que envolvía el flujo de salida como una bobina, perpendicular a la dirección del flujo de gas y ajustándose a su rotación. Esta geometría es la característica distintiva de un campo magnético toroidal (o en forma de anillo), tal como habían predicho los modelos teóricos durante décadas, pero nunca se había confirmado directamente con este nivel de detalle.

“Este estudio representa la primera observación y de mayor resolución de campos magnéticos toroidales con una intensidad de miligauss a una escala de cientos de unidades astronómicas desde una protoestrella”, añade Ching.

«Sabíamos que IRAS 4A era un caso de libro: hace 20 años, en un trabajo publicado en Science en 2006, descubrimos que esta región seguía el colapso impulsado magnéticamente que se esperaba teóricamente», señala Josep Miquel Girart, coautor e investigador del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC).

El equipo también descubrió un hallazgo inesperado: una relación matemática sencilla, basada en el principio físico conocido como la ley de Ampère, que vincula la torsión del campo magnético con las corrientes eléctricas que fluyen a través del gas. Dado que esta relación sigue un patrón lineal y predecible, ofrece a la comunidad científica una forma nueva y más directa de determinar la dirección de los campos magnéticos en las nubes de gas y polvo donde nacen las estrellas, una medición notoriamente difícil de realizar.

Comprender cómo los campos magnéticos dan forma a las eyecciones estelares ayuda a explicar un paso fundamental en la formación estelar: cómo las estrellas jóvenes se deshacen del exceso de material y momento angular para poder seguir creciendo, en lugar de desintegrarse por efecto de la rotación. Se cree que este mismo proceso físico se desarrolla a escalas muy diferentes en todo el universo, desde estrellas recién formadas como la estudiada en este artículo, hasta los agujeros negros supermasivos que alimentan galaxias lejanas.