Los asombrosos objetos Herbig-Haro









Los objetos Herbig-Haro son nebulosas asociadas a estrellas muy jóvenes o en proceso de formación. El siguiente fragmento, extraído del artículo De los agujeros negros a las protoestrellas, nos acerca al conocimiento de las regiones donde nacen las estrellas.
Fragmento De los agujeros negros a las protoestrellas.
De Rachid Ouyed.
Los astrofísicos saben desde hace mucho tiempo que las cunas de estrellas son vastas nubes de gas frío y de polvo, que se observan la mayoría de las veces en los discos de las galaxias. En el antiguo modelo de formación estelar, que se remonta al principio del siglo, el panorama que se describía tendía a la simplicidad: estas nubes se hundían por efecto de su propia gravedad para formar protoestrellas. Al seguir acretando la materia de sus alrededores, aumentaba la temperatura y la densidad en el interior de la protoestrella hasta que se desencadenaba la fusión nuclear: había nacido la estrella. En realidad, la idea del hundimiento esférico de una nube de gas y polvo se tiene que revisar. ¿Por qué?
Se ha establecido una relación fundamental entre la manera en que los cuerpos celestes cambian de tamaño y la rapidez de su rotación. Esta ley se llama de «conservación del momento angular», y es una de las tres leyes fundamentales de la naturaleza. Recurramos a una analogía para ilustrarla. Los patinadores sobre hielo aceleran su rotación (durante las piruetas) plegando sus brazos. Igualmente, cuando una nube de gas y polvo en rotación se hunde sobre sí misma, su rotación también se acelera. Pero una nube en rotación se contrae un millón de veces más que el patinador sobre hielo. El resultado final es que la rotación termina por prevalecer sobre la gravedad. En otras palabras, el empuje hacia el exterior de la fuerza centrífuga hace de contrapeso al empuje hacia el interior de la gravedad. De la misma manera que esta competencia entre la gravedad y la rotación impide que los planetas caigan sobre el Sol, también impide que el gas continúe su caída hacia el centro (sobre la superficie de la protoestrella); las densidades y temperaturas necesarias para la fusión nuclear no se alcanzan nunca. Es lo que los astrofísicos llaman «el muro de rotación». De hecho, este problema del muro de rotación también se encuentra a escalas mucho más grandes, cuando se trata de los centros de las galaxias, en los que se sospecha la presencia de enormes agujeros negros. Las recientes investigaciones de un grupo de astrofísicos norteamericanos y holandeses indican que la galaxia M32, una galaxia elíptica próxima a la nuestra, albergaría un prodigioso agujero negro: su masa sería de tres a cuatro millones de veces la masa de nuestro Sol y su diámetro de un año luz. La presencia de agujeros negros en el centro de las galaxias se confirma gracias a las observaciones del telescopio Hubble. Aunque el polvo interestelar hace imposible la observación del centro de nuestra galaxia, la presencia en su interior de uno de estos monstruos es muy probable. En algunos casos, estos agujeros negros tendrían masas de varios miles de millones de veces la masa del Sol. Estos objetos, por un proceso de aglomeración, han tenido que acretar enormes cantidades de materia para alcanzar tales masas. Pero la teoría de la relatividad general nos dice que cuando una estrella muy masiva implosiona, origina un agujero negro cuya masa no pasa de algunas masas solares. Sin embargo, su enorme fuerza gravitatoria le permite acretar más materia y crecer. El principio de conservación del momento angular nos dice que el gas sólo puede caer en espiral alrededor del agujero negro, formando un disco llamado disco de acreción. El proceso de la acreción tropieza por lo tanto con el mismo problema que encuentran las estrellas jóvenes, a saber, el problema del muro de rotación, que impediría que los agujeros negros alcanzasen las enormes masas sugeridas por las observaciones.
¿Se observan estos discos de acreción? La mejora de los instrumentos conjugada con la potencia de los ordenadores ha hecho posible una inmersión en profundidad en las regiones donde nacen las estrellas y ha impuesto la evidencia de que casi todas las estrellas se forman en presencia de materia en espiral. En la nebulosa de Orión, por ejemplo, el telescopio Hubble ha observado discos de gas y polvo alrededor de una quincena de protoestrellas. Al reagruparse ulteriormente, los materiales de algunos de estos discos de acreción estelares pueden originar planetas parecidos a los del sistema solar. Hubble también ha detectado discos de acreción en el centro de las galaxias, alrededor de los agujeros negros que albergan. Estos discos de acreción originarían un disco galáctico como el de la Vía Láctea.
Llegamos por lo tanto a una imagen universal de la materia en hundimiento tanto a escalas estelares como a escalas galácticas. Intervienen dos actores: el objeto central (la protoestrella o el agujero negro, según el caso) y, alrededor, la materia en espiral que forma el disco de acreción. Recordemos que en el caso estelar la nube se hunde bajo su propio peso, mientras que en el caso galáctico es la potente fuerza gravitatoria del agujero negro la que desencadena la caída. Pero en los dos casos el problema, en este escenario, es el del muro de rotación, un gran muro que hay que escalar si se quieren formar estrellas y obtener agujeros negros de varios miles de millones de veces la masa del Sol. Un tercer actor, inesperado, entra entonces en escena. Hacia el final de los años 70, los astrofísicos empezaron a observar unos «nudos» de luz brillantes, que a menudo parecían cercanos a las nubes de formación estelar. Misteriosos, estos objetos se han llamado desde entonces objetos de Herbig-Haro, en honor de los dos astrofísicos, George Howar Herbig y Guillermo Haro Barraza que los descubrieron separadamente en los años 50.
¿Cómo explicar el increíble confinamiento de los chorros y las enormes cantidades de masa y energía que contienen?
No fue hasta 1979 que Herbig y sus colegas, con los mejores instrumentos, pudieron finalmente observarlos con detalle. Después de analizar la luz emitida por estos objetos, pudieron deducir que proviene de ondas de choque producidas por nudos de gas (es decir por concentraciones gaseosas), que se abren con fuerza un camino en la masa gaseosa circundante. Hacia la mitad de los 80 el cuadro se complicó todavía más. Más que tratarse de nudos aislados, se descubrió que los objetos Herbig-Haro están en realidad incluidos en chorros estrechos de gas. La palabra «chorro» fue utilizada por primera vez en el caso estelar por los astrofísicos R. Mundt y J.W. Fried, en 1983. Además de su perfecta forma cilíndrica, estos objetos tienen unas notables propiedades: se desplazan a velocidades de más de un millón de kilómetros por hora y se extienden sobre distancias de varios miles de millones de kilómetros. Fue entonces cuando se comprobó que siempre se podía remontar su origen hasta una estrella embrionaria oculta por el polvo (una protoestrella). Aún más recientemente, Hubble ha proporcionado imágenes espectaculares de chorros alrededor de protoestrellas. La más impresionante es la del chorro Herbig-Haro 30 (o HH30) que confirma de forma indiscutible que estos chorros han surgido directamente del centro del embrión estelar, perpendicularmente a un disco de acreción y por los dos lados del disco. Tales estructuras también se han observado a escalas galácticas. En 1954, dos astrofísicos, W. Baade y R. Minkowski, observaron una estructura de gas de forma cilíndrica que emergía del centro de la enorme galaxia M87. No se equivocaron al utilizar la expresión «chorro de materia» (mucho antes de los chorros estelares) para describir su descubrimiento. Posteriormente se han observado otros chorros surgidos de centros de galaxias. Estos chorros galácticos se extienden a distancias de varios billones de kilómetros y viajan a velocidades de varios cientos de millones de kilómetros por hora. Como en el caso de los chorros estelares, se deforman en una serie de nudos que se suceden periódicamente.
Totalmente imprevisible, el descubrimiento de los chorros ha enfrentado a los astrofísicos con una extraña paradoja: la de asociar estos fenómenos de eyección con fenómenos de hundimiento gravitatorio. Más exactamente, ¿cómo se forman los chorros y con qué objeto? ¿Por qué, presentes a diferentes escalas, parecen universales? ¿Cómo explicar su increíble confinamiento y las enormes cantidades de masa y de energía que contienen? Estas preguntas han suscitado y siguen suscitando una viva controversia entre los astrofísicos, y en el momento actual no hay una respuesta definitiva. No obstante, los astrofísicos se han dado cuenta de que si el mecanismo de formación de estos chorros es el mismo en los casos estelar y galáctico (vistas las múltiples semejanzas) entonces estos chorros no pueden proceder directamente del objeto central. En efecto, en el caso de los agujeros negros nada puede escapar de la superficie, ni siquiera la luz.
La solución del misterio reside en la relación entre los discos de acreción y un cuarto actor: los campos magnéticos
En consecuencia, se ha centrado la atención en lo que parece evidente y común en los dos casos: los discos de acreción. ¿Pero, cómo crear haces cilíndricos de materia a partir de una materia en espiral y plana? La solución del misterio quizá resida en la relación entre los discos de acreción y un cuarto actor al que hay que recurrir: los campos magnéticos.
Fuente: Ouyed, Rachid. De los agujeros negros a las protoestrellas. Mundo Científico. Barcelona: RBA Revistas, septiembre, 1998.


martes, 8 de febrero de 2011

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