Centro de Radioastronomía y Astrofísica, UNAM Campus Morelia Dirección de tesis de licenciatura Maestría y Doctorado en Astronomía

Transcripción

1 Centro de Radioastronomía y Astrofísica, UNAM Campus Morelia Dirección de tesis de licenciatura Maestría y Doctorado en Astronomía

2 FORMACION DE ESTRELLAS Y PLANETAS Luis F. Rodríguez CRyA, UNAM y El Colegio Nacional

3 La Formación de Estrellas y Planetas El caso de nuestro Sistema Solar Formación de estrellas Formación de discos y chorros Exoplanetas Avances, problemas y perspectivas

4 Cómo se formó la Tierra?

5 Tenemos que entender como se formó el Sistema Solar

6 Recordemos que son los planetas y las estrellas: Cuerpos sin fuente importante de energía propia. Vienen en dos tipos: terrestres y jovianos. Existen en órbita alrededor de las estrellas. Esferas gaseosas que generan energía termonuclear en su interior. Son de miles a millones de veces más masivas que los planetas.

7 La Formación de las Estrellas El estudio de las estrellas, en sus diferentes etapas evolutivas continúa siendo uno de los temas principales de la astronomía. En particular, la etapa de su formación es un tema en el que ha habido contribuciones importantes de parte de investigadores mexicanos. Hasta hace un par de décadas los astrónomos dejábamos bajo la alfombra el hecho de que, junto con las estrellas, se deberían de estar formado planetas.

8 Dónde y cómo se están formando las estrellas? Nuestro Sol es una de las 200 mil millones de estrellas que forman nuestra Galaxia, la Vía Láctea. La Vía Láctea es una galaxia del tipo espiral, y en éstas aproximadamente 10% de la masa luminosa está en la forma de gas libre (nubes) que se puede condensar gravitacionalmente para formar estrellas. Se sabe que existen además de la materia normal (bariónica) materia y energía oscuras, pero por la escala en la que se forman las estrellas estas últimas componentes oscuras no son importantes.

9 Diagrama artístico de nuestra Galaxia

10 La Vía Láctea Luna Tiene un diámetro de 100,000 años-luz

11 Nube Molecular Diámetro = 1-10 años-luz Temperatura = K Densidad = 1,000-10,000 cm -3 Formadas por moléculas y polvo Masa = masas solares

12 Monóxido de carbono

13 Polvo: solo 1% de la masa del medio interestelar, pero muy importante

14 Ciclo del polvo interestelar

15 La contracción gravitacional La idea básica es que un fragmento de nube molecular, normalmente en equilibrio, pierde soporte y se contrae por su propia gravedad hasta formar una estrella. Esto implica una contracción de una escala de cm a cm, un factor de 100 millones! Muy difícil de entender analíticamente. La escala de tiempo para esta contracción es del orden del tiempo de caída libre, 10 4 años.

16 Las nubes moleculares son opacas a la luz visible Opacidad debida a la presencia de polvo cósmico (sólidos de dimensiones de 0.1 micras opacos a la luz). Esto impedía (y de hecho continúa impidiendo) el estudio del proceso con las poderosas técnicas de la astronomía clásica. La solución se encontró en el desarrollo de la radioastronomía, banda en la que el polvo cósmico es transparente.

17 El espectro electromagnético Rayos γ Rayos X UV Visible Infrarrojo Radio

18

19 Very Large Array

20

21 Esto no produciría planetas

22 Objetos Herbig-Haro Descubiertos en los 1950s En su momento no se entendió su naturaleza, pero décadas después quedó claro que resultan de la eyección bipolar de gas por la estrella en formación

23 FLUJO MOLECULAR

24 Paradigma para la formación de estrellas de baja masa (M<unas masas solares): Shu, Adams, y Lizano (1986)

25

26 Annual Reviews

27 Emisión del polvo en el disco observada a 7 mm con el Very Large Array. Equivale a una moneda de 10 pesos colocada a 2 kilómetros.

28 L1551 IRS5: Un sistema binario con discos. VLA 7mm Rodríguez+ (1998), Lim & Takakuwa (2006) Contribución de los chorros sustraída.

29 Mecanismo de Blandford y Payne (aceleración)

30 Mecanismo de Blandford y Payne (colimación)

31 CHORRO: remueve momento angular y flujo magnético, permitiendo la acreción. Produce los flujos moleculares y objetos HH. Detectable en el cm como fuente de libre-libre. DISCO: Lleva gas de la envolvente a la estrella. Se pueden formar planetas de él. Detectable en el mm, tanto en continuo (polvo) como en líneas (moléculas).

32 Tiempo En una década el conocimiento ha avanzado notablemente pues comenzamos a ver discos en distintas etapas evolutivas

33 Tiempo Disco compacto

34 L. Loinard et al. Emisión del polvo en el disco observada a 7 mm con el Very Large Array.

35 Tiempo Disco clásico

36 Emisión del polvo en el disco observada a 7 mm con el Very Large Array.

37 Tiempo Disco transicional

38 MODELO DATOS Los mejores modelos para discos protoplanetarios son de Paola D Alessio, investigadora del CRyA, UNAM.

39 Figure 1 from Resolved Images of Large Cavities in Protoplanetary Transition Disks Sean M. Andrews et al ApJ doi: / x/732/1/42

40 AB Aur Rodriguez et al. 2014

41 HD Osorio et al. 2014

42 Figure 1 from Resolving the Circumstellar Disk of HL Tauri at Millimeter Wavelengths Woojin Kwon et al ApJ doi: / x/741/1/3

43 TW Hya

44

45 IRAS 16547: una protoestrella muy masiva Evidencia de que todas las estrellas, independientemente de su masa, se forman por el mismo mecanismo. Zapata et al. 2014

46

47

48 Kepler: en busca de exoplanetas tipo terrestre

49 Hay ya evidencia de planetas similares a la Tierra y con temperatura que permitiría agua líquida Gliese 581

50 Exoplanetas

51 Exoplanetas potencialmente habitables

52 FORMACION ESTELAR

53 PRIMERAS ESTRELLAS (EPOCA DE LA REIONIZACION) FORMACION DE GALAXIAS FORMACION ESTELAR FORMACION DE PLANETAS

54 El Futuro de la Formación Estelar y Planetaria Aún quedan muchos problemas en el campo: Formación estelar: estrellas masivas, sistemas múltiples, enanas marrón, colimación de chorros, primeras estrellas en el Universo Formación de exoplanetas: calientes, tipo terrestre, en discos transicionales, libres... Esperamos que la astronomía mexicana siga haciendo contribuciones a este campo, tanto en el aspecto teórico, como en el observacional.

55 Los telescopios astronómicos del futuro nos darán la respuesta... Atacama Large Millimeter Array en Chile

56 Gran Telescopio Milimétrico INAOE

57 Gracias por su atención

58

59 El Futuro de la Formación Estelar Aun quedan muchos problemas en el campo: formación de estrellas masivas (formación de sistemas múltiples, formación de planetas, colimación de chorros, primeras estrellas en el Universo...) Esperamos que la astronomía mexicana siga haciendo contribuciones a este campo, tanto en el aspecto teórico, como en el observacional.

60 Gracias por su atención

61 Formación Estelar Anualmente se producen del orden de 8,000 artículos arbitrados en la astronomía mundial. En se publicaron 739 artículos en el área de formación estelar (5 % de la producción mundial). En el mismo período, México participó en 65 artículos en el área de la formación estelar (9 % de la producción mundial en esta área). Esta presencia mexicana va más allá de las estadísticas y se reconocen aportaciones fundamentales al campo desde los 1950 s.

62 El gas va de la nube, al disco, y de ahí a la estrella

63

64 3.6 cm CHORROS BINARIOS

65 Qué tienen que ver los chorros con el momento angular? Un problema con la formación estelar era el exceso de momento angular en las nubes. Se cree que la fuente de donde extraen su energía los chorros es la rotación del disco de acreción. Los chorros se llevan energía y momento angular.

66 El gas cae en espiral hacia la estrella. Energía Total Proporcional a 1 R Momento Angular Proporcional a 1/ R Esto quiere decir que el gas tiene que deshacerse de energía y momento angular para poder caer a la estrella 2

67 CHORRO: remueve momento angular y flujo magnético, permitiendo la acreción. Produce los flujos moleculares y objetos HH. Detectable en el cm como fuente de libre-libre. DISCO: Lleva gas de la envolvente a la estrella. Se pueden formar planetas de él. Detectable en el mm, tanto en continuo (polvo) como en líneas (moléculas).

68 Mecanismo de Blandford y Payne (aceleración)

69 Mecanismo de Blandford y Payne (colimación)

70 Los chorros deben de tener campos magnéticos que los aceleran y coliman

71 La Simbiosis Disco-Chorro Para existir, el chorro requiere de la energía (y del momento angular) del disco. Para que la acreción hacia la estrella proceda, el disco necesita que el chorro le quite energía y momento angular. Esta simbiosis está presente en diversos tipos de objetos astronómicos, no sólo en las estrellas jóvenes.

72 La Solución de una Crisis Aparente El descubrimiento de fenómenos de eyección en la formación estelar creó una aparente crisis (porque se espera que la formación esté caracterizada por fenómenos de acreción). Los chorros son la solución que da la Naturaleza a la necesidad de que el gas en acreción pierda energía y momento.

73 Ahora se sabe que hay cuerpos entre los planetas y las estrellas: las enanas marrón. Se forman como las estrellas o como los planetas?

74 FORMACION ESTELAR

75 PRIMERAS ESTRELLAS (EPOCA DE LA REIONIZACION) FORMACION DE GALAXIAS FORMACION ESTELAR FORMACION DE PLANETAS