La Nebulosa de Orión, uno de los objetos astronómicos más conocidos y brillantes del cielo nocturno, es la región de formación de estrellas masivas más cercana a la Tierra y muestra una estructura gaseosa compleja y extensa. Algunas de sus estrellas recién nacidas emiten esos jets que, al impactar sobre los alrededores, producen frentes de choque que comprimen y calientan el gas nebular. Estas zonas de impacto suelen adoptar una forma arqueada y se denominan Herbig-Haro (HH).

Dichos objetos han sido observados en múltiples nebulosas oscuras. Sin embargo, en esta se encuentran inmersos en el intenso campo de radiación producido por sus estrellas más masivas: el Trapecio de Orión, ubicado en el centro de la nebulosa. Gracias a esta radiación, tanto el gas situado en el frente de choque como el comprimido tras su paso es calentado e ionizado, lo que nos permite desvelar con precisión las condiciones físicas y la composición química del jet.

«Hemos alcanzado un detalle de análisis nunca antes visto»

El estudio, publicado en la revista The Astrophysical Journal, ha arrojado luz sobre las complejas relaciones entre las abundancias iónicas del gas y sus condiciones físicas en HH204, uno de los cuerpos HH más prominentes de la Nebulosa de Orión.

«Nuestro trabajo revela que, en el frente de choque de HH204 las concentraciones gaseosas de elementos pesados como hierro o níquel aumentan hasta en un 350 % sobre lo que se encuentra normalmente en la gran nube de Orión. Esto nos permite determinar la proporción de otros elementos químicos con mayor precisión y conocer mejor la evolución química de la vecindad solar», explica el autor principal de la investigación y estudiante de doctorado de la Universidad de La Laguna José Eduardo Méndez.

El doctorando expresa una gran emoción por la investigación, pues «es el resultado de un gran esfuerzo». Méndez asegura que se trata de un análisis que se viene realizando desde hace más de un año pero pertenece a un proyecto de trabajos relacionados con los HH, cuya labor comenzó hace tres años. «El estudio nos ha permitido entender cómo son las interacciones de los diferentes componentes químicos de la Nebulosa de Orión. Hemos conseguido un nivel de detalle que no se había visto con anterioridad, pues solo eran especulaciones», explica José Eduardo Méndez.

Nueva vara de medir

Por su parte, el investigador del IAC y coautor del estudio, Jorge García Rojas, opina que el impacto de jets protoestelares podrían ser importantes a la hora de determinar las condiciones físicas locales de las nebulosas ionizadas. «El no considerar sus efectos puede llevar a una determinación incorrecta de la composición química de las nebulosas ionizadas, herramientas fundamentales en la comprensión de la evolución química del Universo», destaca el científico. Por lo que ahora, con este método, se podrá tener más precisión a la hora de analizar químicamente estas grandes nubes espaciales.

En los últimos años se están buscando galaxias candidatas a presentar un SMBH desplazado de su posición de equilibrio. Entre los escenarios que pueden originar este desplazamiento se encuentran la fusión de dos SMBH o la existencia de un sistema binario de SMBHs, lo cual nos da información acerca de la evolución galáctica y de la frecuencia de formación y fusión de este tipo de objetos.

Una de las galaxias candidatas a presentar un SMBH desplazado es la gigante elíptica M87, que contiene uno de los núcleos activos de galaxia (AGN, por sus siglas en inglés) más cercanos y mejor estudiados. Investigaciones previas del desplazamiento del SMBH de M87 dieron resultados muy diferentes entre sí, lo que resultaba confuso. Sin embargo, un nuevo estudio realizado por la estudiante de la Universidad de La Laguna, Elena López Navas, ha aportado nuevos datos que sugieren que el SMBH de esta galaxia se encuentra en su posición de equilibrio y que los desplazamientos encontrados se deben a variaciones en el centro de producción de luz o fotocentro provocadas por estallidos provenientes de su jet relativista, un flujo de materia que el propio agujero expulsa al exterior a velocidades cercanas a la de la luz.

Trabajo de fin de máster

Para la investigación ha sido necesario analizar un gran número de imágenes en alta resolución de M87 tomadas en diferentes momentos y con diversos instrumentos instalados en el Hubble Space Telescope (HST) y el Very Large Telescope (VLT). “En nuestro trabajo hemos encontrado que el SMBH se encuentra en una posición estable a lo largo de los últimos 20 años; por el contrario, lo que cambia es el centro de producción de luz o fotocentro”, explica López, autora de este estudio, realizado como trabajo de fin de máster en Astrofísica, que acaba de ser publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

“Ante estos resultados, nos dimos cuenta de que las imágenes que presentaban un desplazamiento del centro de la galaxia se tomaron en una época en la que M87 tuvo un gran estallido que pudo ser medido en todos los rangos del espectro electromagnético”, añade Almudena Prieto, coautora del artículo e investigadora del IAC. Este estallido tuvo lugar entre los años 2003 y 2007 en el nudo del jet más cercano al núcleo de M87 conocido como HST-1. Durante el tiempo que duró el fenómeno, este nudo aumentó su flujo llegando a brillar incluso más que el propio núcleo.

Los nuevos datos obtenidos han causado un gran interés entre la comunidad astrofísica, ya que el estudio de la posición del SMBH de M87 es crucial para entender la evolución de esta galaxia y para el análisis de los jets en otros AGN. “Además, esta investigación nos recuerda que hay que ser cautos a la hora de estudiar fuentes variables que presenten irregularidades como, en este caso, un enorme jet”, advierte López, quien actualmente realiza una beca de formación en investigación astrofísica en el IAC.

El equipo ha utilizado el Very Large Telescope (VLT) del European Southern Observatory (ESO) para llevar a cabo el VLT-FLAMES Tarantula Survey (VFTS), un cartografiado espectroscópico de cerca de 1000 estrellas masivas en 30 Dorado, un gigantesco semillero estelar, también conocido como Nebulosa de la Tarántula. El equipo utilizó el análisis detallado de unas 250 estrellas con masas entre 15 y 200 veces la masa del Sol para determinar la distribución de estrellas masivas nacidas en 30 Dorado, la llamada Función Inicial de Masas (FIM).

Los investigadores del IAC y de la ULL que también firman el artículo han jugado un papel fundamental en la determinación de las propiedades de las estrellas masivas. «La determinación precisa de los parámetros físicos de cada estrella es imprescindible. En ciencia, la evaluación cuidadosa de las incertidumbres asociadas con dichas determinaciones es básico para que nuestras conclusiones sean firmes», declara el astrofísico del IAC Sergio Simón Díaz.

Las estrellas masivas son particularmente importantes para los astrónomos debido al enorme impacto sobre su entorno. Pueden explotar como espectaculares supernovas al final de sus vidas, formando algunos de los más exóticos objetos en el Universo, como estrellas de neutrones y agujeros negros. Hasta hace poco, la existencia de estrellas con hasta 200 masas solares era motivo de controversia. El estudio demuestra que es probable que la masa máxima de una estrella esté entre 200 y 300 masas solares.

30 Dorado

El equipo decidió estudiar 30 Dorado, la mayor región de formación estelar cercana, que contiene algunas de las estrellas más masivas conocidas y determinó sus masas con nuevas técnicas observacionales, teóricas y estadísticas. La extensa muestra permitió a los científicos obtener la parte de altas masas de la FIM con la mayor precisión alcanzada hasta la fecha y mostrar que las estrellas masivas son mucho más abundantes en 30 Dorado de lo que se pensaba. Chris Evans, investigador principal de VFTS y coautor del estudio, indica: «De hecho, nuestro resultado sugiere que la mayor parte de la masa estelar no necesariamente está en estrellas de baja masa, sino que una fracción significativa se encuentra en las estrellas de gran masa».

Las estrellas son motores cósmicos y han producido la mayoría de los elementos químicos más pesados que el helio, desde el oxígeno que respiramos cada día al hierro contenido en nuestra sangre. Durante sus vidas, las estrellas masivas producen grandes cantidades de radiación ionizante y de energía cinética que liberan a través de fuertes vientos estelares. La radiación ionizante de las estrellas masivas fue crucial para que el Universo fuera de nuevo transparente a la radiación después de la llamada Edad Oscura, y su energía mecánica impulsó la evolución de las galaxias.

Artemio Herrero, investigador del IAC/ULL y otro de los coautores del estudio, explica: «Comprender la física de la estrellas masivas bajo las diferentes condiciones que encontramos desde la Vía Láctea al Universo primitivo es fundamental para conocer la evolución del Cosmos y cómo lo vemos en la actualidad».

«Nuestros resultados tienen profundas consecuencias para la comprensión de nuestro universo»

Fabian Schneider añade: «Nuestros resultados tienen profundas consecuencias para la comprensión de nuestro universo: podría haber un 70 % más de supernovas, un 200 % de aumento en la producción de elementos químicos y un aumento de 270 % en la radiación ionizante que proviene de las estrellas masivas. El ritmo de formación de agujeros negros podría aumentar un 180 %, lo que se traduciría en un aumento correspondiente en el número de fusiones de agujeros negros binarios, como los detectados recientemente por medio de la detección de ondas gravitatorias».

La investigación deja aún muchas preguntas abiertas que el equipo intentará responder en el futuro, como si son universales estos descubrimientos, si otras regiones de intensa formación estelar han producido un exceso similar de estrellas masivas o cuáles son las implicaciones exactas de este descubrimiento para la evolución de nuestro cosmos, el número de supernovas y el de sistemas productores de ondas gravitatorias.