Astrónomos de la UNAM y el INAOE indagan la formación de nubes moleculares

Para que se formen las nubes moleculares, que son las cunas donde nacen las estrellas, es necesaria una equilibrada relación entre la presión interestelar (generada por el peso del gas en el disco de una galaxia), los granos de polvo cósmico y las abundancias químicas, revela un estudio realizado por astrónomos mexicanos.

“Usando los datos observacionales de la Vía Láctea, desarrollamos un modelo analítico (es decir, hecho a mano con lápiz y papel, sin supercómputo) en el que calculamos la presión interestelar como función de la densidad superficial del gas en el disco de la galaxia, así como las densidades superficiales de las estrellas y de la materia oscura”, explicó José Franco, investigador del Instituto de Astronomía (IA) de la UNAM.

Con esos tres ingredientes, los científicos calcularon el peso del gas interestelar, el cual define la presión en el disco de la galaxia. “También utilizamos las mediciones existentes de oxígeno e hidrógeno que hay en el disco de nuestra galaxia, que son indicadores de las abundancias químicas, y así calculamos la formación de gas molecular a lo largo del disco galáctico con un modelo desarrollado con física fundamental”, agregó.

En el hallazgo participaron José Franco López y Aldo Rodríguez Puebla, del IA; Javier Ballesteros Paredes, del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica, ambos de la UNAM; así como Manuel Zamora Avilés, del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE).

Franco, también exdirector del IA, destacó que en el proceso de formación de nubes moleculares consideraron el polvo existente en el disco de la galaxia, fundamental en la formación del hidrógeno molecular.

“Para hacer un modelaje de la formación estelar en la galaxia, nos parecía importante conocer qué regula la generación de nubes moleculares, para después saber cómo se regula la formación de estrellas. Una vez que obtuvimos la presión, pudimos entender qué tan fácil o difícil es que se formen nubes moleculares. Si la presión es baja, la densidad del gas es baja y es difícil formar moléculas; pero si es alta, la densidad del gas también lo es y el proceso de formación de nubes se vuelve eficiente”, detalló.

El polvo que está mezclado con el gas tiene dos particularidades. La primera es que el hidrógeno molecular se forma en la superficie de los granos de polvo.

“Es un proceso que se ha estudiado desde la década de 1970. En una nube de gas que tiene polvo si éste permanece frío los átomos de hidrógeno se pueden adherir a la superficie del polvo, de manera semejante a cuando nos bañamos, sale vapor de la regadera y llega al espejo, donde el vapor se queda pegado”, acotó.

Los átomos de hidrógeno migran dentro del polvo, que es una malla sólida. Se juntan y dos de ellos forman una molécula de hidrógeno en el grano de polvo, el cual se calienta porque la reacción es exotérmica y expulsa a la molécula hacia afuera. “El polvo es importante, actúa como catalizador para formar las moléculas de hidrógeno; así ocurre en nuestra galaxia y en todas las galaxias vecinas”.

El astrónomo añadió que si la radiación ultravioleta del medio interestelar alcanza esa molécula la disocia o separa, pues ésta absorbe la radiación. Sin embargo, también puede ser absorbida por los granos de polvo, los cuales funcionan como escudos protectores. De manera que la función del polvo es doble: es el sitio de formación de nuevas moléculas y además protege de la radiación ultravioleta.

“En el modelo calculamos cuál es la condición, considerando el papel que desempeñan los granos de polvo, para que se forme una nube molecular. Al comparar nuestros resultados con datos observacionales, obtenemos la cantidad de material que se requiere para que la nube se vuelva opaca a la radiación ultravioleta que coincide con las observaciones, así que encontramos ese criterio de opacidad”.

Ahora, los científicos pueden calcular qué tan rápidamente se está formando hidrógeno molecular dentro de nuestra galaxia, el cual se produce preferencialmente en zonas internas de la galaxia.

El fenómeno de formación de nubes moleculares es muy dinámico y frecuente en los discos de galaxias espirales, y requiere de silicatos, hierro, oxígeno y nitrógeno para formar el polvo.

“El siguiente paso es encontrar el criterio con el cual una nube se vuelve autogravitante, es decir, confinada a su propia gravedad. Las nubes moleculares de las que hemos hablado están confinadas por la presión interestelar. Pero cuando se contraen o adquieren más masa de los alrededores, entonces se desacoplan de ese medio externo y se vuelven autogravitantes”, comentó.

Y para que se forme una estrella se requiere que la nube molecular se colapse por su propia gravedad. Las que quedan autónomas no podrán ser cunas para las estrellas.

“Con esos datos calculamos cuántas de las nubes moleculares formarán estrellas. Encontramos cuál es la tasa de formación de estrellas como función del radio galactocéntrico, o sea de la distancia al centro de la galaxia. Estos resultados teóricos los comparamos con las observaciones y también hubo coincidencias”.

El modelo analítico es exitoso también para otras 96 galaxias espirales cercanas. La investigación fue aceptada con un arbitraje positivo en la revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society de Reino Unido.