La cantidad de estrellas presentes en el Universo es enorme: en la Vía Láctea existen más de 200,000 millones de estrellas, algunas menores o similares a nuestro sol, pero otras tienen hasta decenas de masas solares.

Para estrellas con masas mayores a ocho masas solares, el proceso de formación inicial es poco claro, debido a las dificultades que existen para su estudio, como las enormes distancias –el más cercano se encuentra a cientos de años luz de nosotros–, sus lugares de formación ocultos dentro de inmensas nubes de gas y polvo –las nubes son opacas en el rango visible–,¹ sus breves tiempos de vida –de tan sólo algunos millones de años–, y sus violentas muertes en descomunales explosiones de supernova que distorsionan el medio circundante primordial y promueven la formación estelar múltiple. A pesar de estas dificultades, su estudio es fundamental para nosotros, ya que estas estrellas masivas logran crear los elementos químicos pesados que conforman nuestro cuerpo.²

Con la ayuda de un pequeño telescopio podemos ver los efectos que produce una estrella de 38 masas solares en el cúmulo del Trapecio, dentro la región M42 de Orión (objeto 42 del catálogo Messier), a 1,350 años luz de nosotros, donde los vientos y la luminosidad estelar han abierto la nube molecular, mostrándonos las estrellas de su interior.

La primera teoría que surgió sobre la formación de estrellas de alta masa explicaba que éstas se crean por la fusión de varias estrellas –debido a que estrella masivas han sido observadas en cúmulos estelares–, mientras que la hipótesis del proceso de acreción era rechazada. Es decir, si una estrella recién formada tiene una masa superior a ocho masas solares, el empuje de su viento estelar y su presión de radiación impiden procesos de acreción de masa similares a los que tienen
las estrellas de baja masa (fenómenos de caída de material circundante que permiten acrecentar la masa de la estrella que acaba de formarse). Sin embargo, recientes estudios y descubrimientos revelan la existencia de algunos escenarios en los cuales puede ocurrir una continua acumulación de masa en las fases iniciales de formación. En este punto, surge la conjetura acerca de la posibilidad de que se halle un sistema de objetos menores como planetas, satélites, asteroides y cometas –provenientes de los restos materiales del disco– que orbiten alrededor de una estrella masiva.

Para el caso de las estrellas de baja masa, el Telescopio Espacial Hubble de la NASA nos permite observar, dentro la nebulosa de Orión, varios discos de acreción circunestelares que se evaporan por la luz ultravioleta de las estrellas vecinas, y se ha estimado que estos discos pueden alcanzar diámetros desde decenas hasta cientos de unidades astronómicas (una unidad astronómica es la distancia entre la Tierra y el Sol); sin embargo, para las estrellas de alta masa esta existencia ha sido difícil de verificar.

Discos circunestelares: Nubes de gas, polvo y partículas, aplanadas por la rotación alrededor de una estrella central.

En la edición de julio de 2010, la revista británica Nature publicó el trabajo de Stefan Kraus, astrónomo de la Universidad de Michigan y colaboradores, en el que reportan el descubrimiento de un objeto conocido como IRAS 13481–6124 en la constelación Centaurus, a 10,000 años luz de nosotros, el cual muestra la presencia de un disco de gas y polvo de 130 unidades astronómicas de diámetro, girando alrededor de una estrella de 20 masas solares. Es la primera vez que se obtiene la imagen de un disco circunestelar rodeando cercanamente a una estrella masiva joven.

Llegar a este descubrimiento requirió los datos de varios telescopios, en forma conjunta: SPITZER de la NASA –para hallar regiones ionizadas por choque–, submilimétrico de 12 m del Experimento Explorador Atacama (APEX) –para detectar flujos bipolares colimados– y del Interferómetro del Telescopio Muy Grande (VLTI) del Observatorio Europeo del Sur (ESO) en Chile, para construir una imagen del disco de acreción circunestelar. Esto apoya de manera directa la idea de que las estrellas se pueden formar del mismo modo, independientemente de la masa que tengan.

Otro de los lugares donde han sido observadas evidencias de discos circumestelares se ubica en la región denominada W33A, situada a 12,000 años luz de nosotros, en la constelación de Sagitario, donde el objeto estelar es diez veces más masivo que el Sol. En esta región se sospecha la existencia de un disco de polvo y gas, girando alrededor del objeto central. En otra región, clasificada G24.78+.08, se observa el nacimiento de un objeto estelar muy joven, con un tamaño de 20 masas solares y una luminosidad 33,000 veces mayor que el Sol; en esta región se confirmaron los fenómenos de caída de material en la región ecuatorial de la protoestrella, la expulsión de gas y polvo a lo largo de los polos, así como el giro de material a su alrededor en forma de rosquilla. Nuevamente, esto respaldaría el escenario de acreción para objetos estelares masivos.

Por último, una zona de formación estelar de gran interés es la región NGC 3603 (objeto del Nuevo Catálogo General), situada a 20,000 años luz de distancia del Sol, que cuenta con miles de estrellas de todo tipo; la mayoría, con masas similares o inferiores a la del Sol, pero hay algunas estrellas que aún son muy masivas cerca del final de sus vidas. Las nubes de esta región nos ofrecen un cuadro de las diferentes etapas de la vida de las estrellas: estructuras de gases formando estrellas, estrellas recién nacidas, adultas, y las que se encuentran cercanas al final de su vida.

Se estima que el GTM será capaz de acercarnos a un millón de galaxias, por su emisión en el rango milimétrico, lo cual nos permitirá, no sólo entender mejor cómo nacen las estrellas, sino también cómo evolucionan.

La búsqueda de cunas estelares de alta masa no es una tarea fácil. El instrumento que hasta ahora ofrece las mejores características de resolución angular y sensibilidad, es el Very Large Array (VLA) de la institución National Radio Astronomy Observatory (NRAO) de los EUA; con él se ha podido observar, por ejemplo, una protoestrella, denominada NGC 2071–IRS3, situada a 1,300 años luz de nosotros, en la que se descubrió un disco de gas molecular circundante.

Actualmente, se está construyendo un instrumento de gran importancia, el interferómetro “Atacama Large Milimeter Array” (ALMA) en los Andes chilenos, integrado por 80 antenas de alta precisión, trabajando de manera conjunta, con el que se espera poder observar el universo de bajas temperaturas –que es ópticamente opaco a la radiación visible, pero brillante en las longitudes de onda del milimétrico–, y proporcionará imágenes de la formación de las primeras galaxias y estrellas, así como de la formación de planetas. Se espera que este instrumento, con una resolución espacial 10 veces mejor que la del VLA y la del Telescopio Espacial Hubble, esté listo en los próximos años.

En México, el proyecto del Gran Telescopio Milimétrico (GTM) abrirá la ventana del universo milimétrico para la ciencia mexicana, ya que podrá captar radiaciones en longitudes de onda de alrededor de un milímetro. Se estima que será capaz de observar un millón de galaxias, por su emisión en el rango milimétrico. El GTM nos permitirá, no sólo entender mejor cómo nacen las estrellas, sino también cómo evolucionan.

En el diseño y construcción de estos instrumentos, numerosos científicos, técnicos y profesionales de varios países trabajan de manera conjunta. Un considerable número de astrónomos mexicanos ha contribuido significativamente al desarrollo y entendimiento de la astronomía; en particular, en el área de formación estelar y medio interestelar, uno de los astrónomos más destacados fue el doctor Guillermo Haro Barraza, por el descubrimiento, en 1950, de los objetos Herbig-Haro en Orión, y actualmente ha habido contribuciones importantes de científicos como el doctor Luis Felipe Rodríguez, en el área de la radioastronomía, y de la doctora Susana Lizano Soberón, sobre la formación de estrellas de alta masa, por citar algunos.

» Cúmulo estelar Región NGC 3603

La astronomía hoy día está revelando los secretos del Universo y desechando mitos o creencias sobre los fenómenos celestes. Enfatizamos que la vía para comprender la Naturaleza reside en el estudio permanente y metódico de las cosas. Por esta razón es necesario que más personas se preparen en los campos de la ciencia y participen de manera activa en el desarrollo de la ciencia y la tecnología en nuestro país.

» ALMA: [http://science.nrao.edu/alma/index.shtml]. (Página principal.)

» GTM: [http://www.lmtgtm.org/gtm/intro.html]. (Página principal.)

» Kraus, Stefan et al. “A Hot Compact Dust Disk around a Massive Young Stellar Object”. Nature, vol. 466, núm. 7304, pp. 339–342.

» Krumholz, M. R., R. I. Klein, C. F. McKee, S. S. R. Offner y A. J. Cunningham. “The Formation of Massive Star Systems by Accretion”, Science, vol. 323, núm. 5915, (2009): p. 754.

» McKee, C. F. y E. C. Ostriker. “Theory of Star Formation”. Annual Review of Astronomy & Astrophysics, vol. 45, núm. 1, (2007): pp. 565–687.