Recuerdo haber escuchado sobre objetos Herbig-Haro desde el primer año en la escuela de posgrado, donde muchos de los astrónomos estaban interesados en la formación estelar y las estrellas en las primeras etapas de sus vidas. Los objetos Herbig-Haro son chorros impresionantes que emanan de estrellas en formación. El material de estos chorros se propaga en direcciones opuestas y en líneas rectas emanando de la estrella central.
Citation: ESA/Webb, NASA, CSA, Tom Ray (Dublin)
El nombre Herbig-Haro, u objetos HH, proviene de los dos astrónomos George Herbig y Guillermo Haro, quienes en la década de los 40’s los observaron por primera vez en la Nebulosa de Orión Ninguno de estos astrónomos estaba interesado en estos chorros, sino en las estrellas centrales de en donde estos se generan. Estas estrellas se llaman estrellas T-Tauri[1]; que se encuentran en las últimas etapas de formación y que eventualmente evolucionarían para formar una estrella como nuestro sol. En esa etapa evolutiva, su luz no es producida por la fusión de hidrógeno en el núcleo sino por un flujo magnético que canaliza el gas ionizado (gas caliente donde los átomos han perdido electrones) desde el disco hacia la superficie de la estrella. La interacción entre el campo magnético, la corona y el disco en las estrellas T-Tauri es compleja y probablemente responsable de la variabilidad observada en estos objetos, la producción de los chorros y, últimamente, de la masa final de la estrella resultante. Esta compleja interacción continúa, incluso después de que se enciende el hidrógeno en el centro. En este punto, se convierte en una estrella de Clase 0, pero se sigue considerando como una protoestrella porque todavía está ganando masa.
Caption: Steve Bowers
El estudio de los objetos HH se concentra en explicar cómo se forman, por qué están tan alineados y por qué el material parece ser expulsado en ráfagas periódicas. Todos los estudios coinciden en que la presencia de campos magnéticos hace que estos chorros se alineen o colimen en línea recta. La explicación de la periodicidad de las explosiones y la formación de flujos colimados varía, pero todas incluyen campos magnéticos. Uno de estos estudios atribuye la periodicidad al pellizco de las líneas del campo magnético y a la rotación diferencial entre la estrella y el disco, lo que resulta en el crecimiento de la presión del campo toroidal [2].[3]. En todos los casos, las partículas aceleradas del viento estelar y los chorros magnetizados calientan el material molecular y atómico, haciéndolo observable en las frecuencias visible, infrarroja y de radio. Cada tipo de luz proporciona información diferente sobre estos objetos y ayuda a entender mejor cómo se forman las estrellas.
Credito: Entstehung von Herbig-Haro-Objekten
Aquí, presentamos dos objetos HH observados por el Telescopio Espacial James Webb(JWST por sus siglas en inglés). Probablemente la más espectacular de este par es la imagen de Herbig-Haro 211, la cual muestra detalles asombrosos de los chorros que emanan de la estrella central[4]. No se trata de una única expulsión de gas, sino de explosiones periódicas que los astrónomos intentan explicar mediante campos magnéticos. La estrella que dio origen a este objeto se conoce como protoestrella de Clase 0 y tiene aproximadamente 3.5 veces la luminosidad del Sol y está rodeada por aproximadamente 0.8 masas solares en polvo. Su temperatura es tan solo 33K, muy fría comparada con su temperatura final alrededor de 5500 K, la temperatura del Sol.
Para poder ver dentro de los chorros de HH 211 y ver su estructura, necesitamos telescopios como James Webb. La luz de este chorro es producida por moléculas de hidrógeno, monóxido de carbono y monóxido de silicio, que se calientan cuando el material expulsado choca con el gas ambiental o con gas que se mueve más lentamente. Las velocidades del gas en el chorro no son lo suficientemente energéticas como para dividir las moléculas en átomos e iones más simples, pero suficiente para calentarlas y emitir la luz que podemos observar con Webb.
Citation: ESA/Webb, NASA, CSA, Tom Ray (Dublin)
Con la resolución de Webb podemos ver claramente una serie de choques en forma de arco que están alejándose de la estrella central y que parecen ser producidos por eventos periódicos de eyección. La separación de las regiones brillantes y oscuras en estos chorros nos dan información que confirma los mecanismos físicos que dar lugar a explosiones intermitentes de material desde la protoestrella central. También a partir de esta imagen, los astrónomos concluyen que las velocidades de las estructuras eyectadas, que aparecen más cerca de la estrellas, son de aproximadamente 48 a 60 millas por segundo (80 a 100 kilómetros por segundo), donde las estructuras de choque en forma de arco son producidas por el choque del chorro con el material más lento que estos encuentran a lo largo de su trayectoria. Los tres arcos de choque en la imagen podrían tener una edad dinámica de aproximadamente 1000 años, y las eyecciones que produjeron cada uno de los choques observados ocurrieron hace 425 y 290 años [5]. En esta imagen de Webb, también podemos ver chorros bipolares de monóxido de silicio muy finos. Estos muestran una estructura anudada dentro de una cavidad de hidrógeno y CO, la cual está cerca de la estrella y aparece como una pequeña nebulosidad de tono azul. Con estas observaciones los astrónomos también descubrieron que el flujo eyectado es relativamente lento en comparación con protoestrellas más evolucionadas que tienen chorros similares.
Herbig-Haro 46/47, a 1.470 años luz de nosotros en la Constelación de Vela, es otro de los objetos observados por JWST[6]. Como su nombre indica, los jets son producidos por dos protoestrellas. En esta imagen las protoestrellas brillan intensamente en el centro, pero parte de su luz está enterrada profundamente en el disco de gas y polvo, el cual les proporciona más material y les ayuda a ganar más masa. El disco no es visible, pero su sombra se puede ver en las dos regiones cónicas oscuras que rodean las estrellas centrales.
Creditos: NASA, ESA, CSA
En este caso, los objetos Herbig-Haro son producidos por dos estrellas T-Tauri, lo que hace que el patrón de los chorros sea más complejo. La primera diferencia que notamos en comparación con otros objetos HH de una sola estrella, es que el chorro se bifurca en dos hebras [7], lo que se puede ver claramente en la dirección del chorro en la parte inferior izquierda de la imagen. Esto no es lo que observamos en el jet del lado derecho. Solo vemos un jet que muestra dos choques en forma de arco, uno con una gran cantidad de material brillando detrás de la cresta, y el otro es solo una tenue nebulosidad roja en la imagen. El chorro del lado izquierdo no muestra los choques en forma de arco, lo que ha dado lugar a varias explicaciones posibles. Por ejemplo, que uno de los chorros tiene una curvatura sustancial que provoca ondas de choque dentro y en el medio circundante, o la combinación de una onda de choque producida por el material expulsado y otra por la diferencia de presión en el gas circundante [7]. Un factor que contribuye a la diferencia entre el chorro de la derecha y el chorro de la izquierda es que el chorro de la izquierda está dentro de lo que llamamos el glóbulo de Bok, que en la imagen aparece como una estructura elíptica muy tenue que es parecida a una nube inclinada 30 grados respecto a la línea del chorro. Este glóbulo es una nube de polvo denso y gas denso que aparece como una región oscura cuando se ve en luz visible [8]. Debido a que los chorros del lado izquierdo están dentro de este glóbulo, necesitamos telescopios como James Webb para mirar dentro y ver la estructura del chorro con gran detalle. Con Webb también vemos las estrellas y galaxias que se encuentran mucho más allá de la nube. [6]. En esta imagen la eyección más reciente aparece en el chorro del lado derecho como una línea azul tenue paralela al pico de difracción a las 2 en punto. Una de las eyecciones más viejas se ve apenas, aparece como un choque rojizo en forma de arco en la esquina superior derecha de la imagen.
Credito: ESO/Bo Reipurth
Como podemos ver, ambos objetos muestran muchos detalles que ayudan a entender cuándo y cómo se produce el material expulsado y cómo estos eventos se relacionan con la formación estelar.
Referencias:
[1] https://www.orionsarm.com/eg-article/47a1353481fb2
[2] C. Fendt 2009 ApJ 692 346
[3] AP. Goodson & R.M. Winglee 1999, The Astrophysical Journal, 524,159
[4] G. Pantolmos, C. Zanni and J. Bouvier, A&A 643, A129 (2020)
[5] https://webbtelescope.org/contents/media/images/2023/141/01H9NWH9JEBFPKVD3M1RRTGGQJ
[6] https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2005/07/aa1821.pdf
[7] https://www.nasa.gov/universe/webb-snaps-highly-detailed-infrared-image-of-actively-forming-stars/
[8] https://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1991A%26A...246..511R
[9] GroundBased ops https://www.eso.org/public/images/eso1336c/