La franja de Orión es una característica diagonal, similar a una cresta, de gas y polvo en el cuadrante inferior izquierdo de esta imagen de la Nebulosa de Orión. Esculpida por la intensa radiación de las estrellas jóvenes calientes cercanas, la barra de Orion parece tener la forma de una barra a primera vista. Es probable que sea un prototipo de región de fotoionización o PDR. Créditos de imagen: NASA, ESA, Massimo Robberto (STScI, ESA), Equipo del Proyecto del Tesoro Orion del Telescopio Espacial Hubble / Alyssa Pagan (STScI)
En un vivero estelar cercano conocido como la Nebulosa de Orión, estrellas jóvenes y masivas proyectan luz ultravioleta sobre la nube de polvo y gas de la que nacieron. Esta intensa ola de radiación altera violentamente la nube, rompiendo moléculas, ionizando átomos y moléculas al separar sus electrones y calentando el gas y el polvo. Un equipo internacional que utiliza el telescopio espacial James Webb de la NASA, cuyo lanzamiento está programado para octubre, estudiará parte de una nube radiada llamada Orion Bar para aprender más sobre cómo las estrellas masivas afectan su entorno e incluso la formación de nuestro propio sistema solar.
“El hecho de que las estrellas masivas dan forma a la estructura de las galaxias al explotar como supernovas se conoce desde hace mucho tiempo. Pero lo que la gente ha descubierto recientemente es que las estrellas masivas también afectan su entorno no solo como supernovas, sino también a través de los vientos y la radiación. durante su vida ”, dijo uno de los investigadores principales del equipo, Olivier Berné, científico del Centro Nacional de Investigación de Francia en Toulouse.
¿Por qué Orion Bar?
Si bien puede parecer un pozo de agua el viernes por la noche, la barra de Orión es en realidad una característica similar a una cresta de gas y polvo en la espectacular Nebulosa de Orión. A poco más de 1.300 años luz de distancia, esta nebulosa es la región de formación de estrellas masivas más cercana al Sol. La tira de Orión está tallada por la intensa radiación de estrellas jóvenes calientes cercanas y parece tener la forma de una barra a primera vista. Esta es la “región de fotoionización” o PDR en la que la luz ultravioleta de las estrellas masivas jóvenes crea una región de gas y polvo mayoritariamente neutra pero cálida entre el gas completamente ionizado que rodea a las estrellas masivas y las nubes en las que nacen. Esta radiación ultravioleta influye fuertemente en la química del gas en estas regiones y es la fuente de calor más importante.
Los PDR ocurren cuando el gas interestelar es denso y lo suficientemente frío como para permanecer neutral, pero no lo suficientemente denso como para evitar que la luz ultravioleta lejana penetre en estrellas masivas. Las emisiones de estas regiones proporcionan una herramienta única para estudiar los procesos físicos y químicos que son importantes para la mayor parte de la masa entre y alrededor de las estrellas. Los procesos de radiación y perturbación de las nubes alimentan la evolución de la materia interestelar en nuestra galaxia y el universo desde la temprana edad de la vigorosa formación estelar hasta la actualidad.
“La barra Orion es probablemente un prototipo del PDR”, explicó Els Peeters, otra de las investigadoras principales del equipo. Peeters es profesor de la Universidad de Western Ontario y miembro del Instituto SETI. “Se ha investigado exhaustivamente, por lo que está bien caracterizado. Está muy cerca y realmente puedes verlo al límite. Esto significa que se pueden explorar diferentes regiones de transición. Y debido a que está cerca, la transición de una región a la siguiente es espacialmente diferente si tiene un telescopio con alta resolución espacial “.
La barra de Orión es representativa de lo que los científicos creen que son las duras condiciones físicas de la PDR en el universo hace miles de millones de años. “Creemos que en ese momento las nebulosas de Orión estaban en todas partes del universo, en muchas galaxias”, dijo Berné. “Creemos que esto puede ser representativo de las condiciones físicas en términos de campos de radiación ultravioleta en las llamadas” galaxias explosivas “que dominan la edad de formación de estrellas, cuando el universo tenía aproximadamente la mitad de su edad actual.
La formación de sistemas planetarios en regiones interestelares irradiadas por estrellas jóvenes masivas sigue siendo una cuestión abierta. Las observaciones detalladas permitirían a los astrónomos comprender los efectos de la radiación ultravioleta en la masa y composición de estrellas y planetas recién formados.
En particular, los estudios de meteoritos sugieren que el Sistema Solar se formó en una región similar a la Nebulosa de Orión. Observar la barra de Orión es una forma de comprender nuestro pasado. Sirve como modelo para comprender las primeras etapas de la formación del sistema solar.
Este gráfico muestra la naturaleza en capas de una región de fotoionización (PDR) como la tira de Orion. Una vez consideradas áreas homogéneas de gas y polvo calientes, ahora se sabe que los PDR contienen una estructura compleja y cuatro zonas distintas. El cuadro de la izquierda muestra parte de la barra de Orión en la Nebulosa de Orión. El cuadro superior derecho muestra una región masiva de formación de estrellas cuyos estallidos de luz ultravioleta afectan a la PDR. El recuadro en la esquina inferior derecha hace zoom en el PDR para mostrar cuatro zonas distintas: 1) zona molecular, una región fría y densa donde el gas es una partícula y donde se pueden formar estrellas; 2) frente de disociación, en el que las moléculas se descomponen en átomos al aumentar la temperatura; 3) frente de ionización, en el que el gas se ve privado de electrones y sufre ionización al aumentar la temperatura; y 4) flujo de gas completamente ionizado hacia la región atómica del hidrógeno ionizado. Por primera vez, Webb podrá separar y estudiar las condiciones físicas de estas diferentes zonas. Créditos de imagen: NASA, ESA, CSA, Jason Champion (CNRS), Pam Jeffries (STScI), PDRs4ALL ERS Team
Como un pastel en capas en el espacio
Durante mucho tiempo se ha considerado que los PDR son áreas homogéneas de gas y polvo calientes. Ahora los científicos saben que están muy estratificados, como un pastel de capas. De hecho, el Orion Bar no es un “bar” en absoluto. En cambio, tiene mucha estructura y cuatro zonas distintas. Estos son:
- Zona molecular, una región fría y densa donde el gas está presente en forma de partículas y donde se pueden formar estrellas;
- Frente de disociación, en el que las moléculas se descomponen en átomos al aumentar la temperatura;
- Frente de ionización, en el que el gas se ve privado de electrones, sufriendo ionización al aumentar la temperatura;
- Flujo de gas completamente ionizado a la región atómica del hidrógeno ionizado.
“Con Webb, podremos separar y explorar las condiciones físicas en diferentes regiones que son completamente diferentes”, dijo Emilie Habart, otra de las investigadoras principales del equipo. Habart es científico del Instituto Francés de Astrofísica Espacial y profesor titular de la Universidad de Paris-Saclay. “Analizaremos la transición de regiones muy cálidas a muy frías. Podremos hacer esto por primera vez “.
El fenómeno de estas zonas es similar a lo que ocurre con el calor de la chimenea. La temperatura desciende a medida que se aleja del fuego. Asimismo, el campo de radiación cambia con la distancia a una estrella masiva. De la misma forma, la composición de la materia cambia a diferentes distancias de esta estrella. Con Webb, los científicos distinguirán por primera vez cada región de esta estructura en capas en infrarrojos y la caracterizarán por completo.
Allanando el camino para futuras observaciones
Estas observaciones serán parte del programa Científico de lanzamiento temprano y discrecional del Director, que brinda tiempo para observar proyectos seleccionados en una etapa temprana de la misión del telescopio. Este programa permite a la comunidad de astronomía aprender rápidamente cómo sacar el máximo provecho de Webb al tiempo que proporciona una base científica sólida.
Uno de los objetivos del trabajo de Orion Bar es identificar características que servirán como plantilla para futuras investigaciones sobre PDR más distantes. Las diferentes zonas pueden fusionarse en distancias más largas. La información de la barra de Orion será útil para interpretar estos datos. Las observaciones de la barra de Orion estarán disponibles para la comunidad científica en general poco después de su recopilación.
“La mayor parte de la luz que recibimos de galaxias muy distantes proviene de las ‘Nebulosas de Orión’ en estas galaxias”, explica Berné. “Así que tiene mucho sentido observar la Nebulosa de Orión, que está cerca de nosotros con gran detalle, para luego comprender las emisiones de estas galaxias muy distantes que contienen muchas regiones similares a Orión”.
Solo es posible con Webb
Gracias a su posicionamiento espacial, capacidades infrarrojas, sensibilidad y resolución espacial, Webb brinda una oportunidad única para explorar la franja de Orión. El equipo estudiará la región utilizando cámaras y espectrógrafos Webb.
“Esta es realmente la primera vez que tenemos una cobertura de onda y una resolución angular tan buenas”, dijo Berné. “Estamos muy interesados en la espectroscopia porque allí puedes ver todas las huellas dactilares que te dan información detallada sobre las condiciones físicas. Pero también queremos imágenes para ver la estructura y organización de la materia. Cuando combina espectroscopia e imágenes en este rango infrarrojo único, obtiene toda la información que necesita para la ciencia que nos interesa ”.
Proporcionado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA