¿Cuántas estrellas se formaron junto con el sol en nuestra nebulosa estelar?

 Extractado de Universe Today

Aunque nuestro Sol ahora es una estrella solitaria, todavía tiene hermanos en algún lugar de la Vía Láctea. 

El intrincado revoltijo representado en esta imagen del observatorio espacial Herschel de la ESA muestra la distribución de gas y polvo en la Nube Molecular de Tauro, un vivero estelar gigante a unos 450 años luz de distancia en la constelación de Tauro. El Sol se formó en circunstancias similares y tiene cientos o miles de hermanos en algún lugar de la Vía Láctea que se formaron en la misma nube molecular que el Sol. Crédito de la imagen: ESA/Herschel/PACS, SPIRE/Gould Belt Survey Programa clave/Palmeirim et al. 2013

Las estrellas se forman en nubes masivas de gas llamadas Nubes Moleculares. Cuando el Sol se formó hace unos cinco mil millones de años, otras estrellas se habrían formado a partir de la misma nube, creando un cúmulo estelar.

¿Cuántas otras estrellas se formaron en el cúmulo?

Los astrónomos pueden ver muchas nubes moleculares en el espacio y utilizan telescopios potentes para observarlas y ver cómo se forman las estrellas jóvenes.

Cuando una nube colapsa para formar estrellas, comienza formando núcleos densos donde el gas se acumula y atrae aún más gas hacia los núcleos. Los núcleos eventualmente se convierten en estrellas de diferentes masas. No todos los hermanos del Sol son así: algunos serán mucho más masivos y vivirán solo unos pocos millones de años antes de explotar como supernovas. Este es un punto clave.

El Sol y las demás estrellas que se formaron en la misma nube formaron un cúmulo abierto. Con el tiempo, el cúmulo se desintegró debido a la interferencia gravitatoria de otras nubes moleculares. Una vez que un cúmulo de estrellas se va desintegrando y perdiendo entidad, las estrellas se denominan asociación estelar, ya que se mueven en general en la misma dirección en el espacio. En 2014, un equipo de astrónomos publicó un artículo que mostraba que habían encontrado al primer probable hermano del Sol. Se llama HD 162826 y está a unos 110 años luz de distancia.

Pero el Sol podría tener cientos o incluso miles de hermanos, y cada uno se habría formado en su propio núcleo en la nube. En un nuevo artículo, un par de investigadores japoneses intentaron calcular cuántos hermanos podría tener el Sol.

El estudio es "On the Number of Stars in the Sun's Birth Cluster", y se envió a la revista Astronomy and Astrophysics, pero está disponible en arxiv.org. Los autores son Sota Arakawa y Eiichiro Kokubo. Arakawa es de la Agencia Japonesa de Ciencias y Tecnologías Marinas y Terrestres, y Eiichiro es del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ).

La investigación

Los meteoritos más primitivos son las condritas carbonáceas . Contienen pequeñas rocas llamadas inclusiones ricas en calcio y aluminio (CAI). Los CAI son los objetos sólidos fechados más antiguos que conocen los científicos, por lo que los usan para fechar nuestro Sistema Solar. Tienen una edad media ponderada de 4567,30 ± 0,16 Millones de años, por lo que esa es la edad que usamos para el Sistema Solar.

Los CAI pueden contener un isótopo de aluminio llamado “Al 26”. Pero el Al 26 es un isótopo radiactivo, lo que significa que se desintegra con el tiempo. Su vida media es de 770.000 años. Ningún proceso en la Tierra puede producirlo, pero las supernovas y otros procesos en el cosmos sí. Las explosiones de supernovas son eventos tumultuosos que producen todo tipo de elementos pesados ​​a través de la nucleosíntesis, incluido el Al 26. Y lo producen dondequiera que exploten en el Universo.

A medida que el Al 26 se desintegra en el espacio, produce rayos gamma. Los astrónomos pueden medir los rayos gamma que provienen de Al 26 en la galaxia. Los rayos gamma indican la nucleosíntesis en curso, y esto lleva a comprender cuántas supernovas hay y con qué frecuencia ocurren. El vínculo entre CAI, Al 26 y la frecuencia de estrellas que explotan como supernovas de colapso del núcleo (CCSN) es fundamental en este estudio.

Cuando los científicos encuentran Al 26 en un CAI en un meteorito que cayó a la Tierra, pueden medir la cantidad de Al 26 y compararla con la cantidad de elementos relacionados con la descomposición en el CAI para encontrar la edad del meteorito o cuándo cayó a la Tierra. Coexisten CAI ricos y pobres en Al 26.

“La coexistencia de inclusiones CAI ricas y pobres en Al 26 indica que debería ocurrir una inyección directa de materiales ricos en Al 26 de una supernova cercana con colapso del núcleo en los primeros 100 mil años del sistema solar. Por lo tanto, al menos una supernova Tipo II debería ocurrir dentro de la duración de la formación estelar en el cúmulo de nacimiento del Sol”, explican los autores.

El nacimiento de estrellas

Las estrellas no se siguen formando para siempre en una nube molecular. Eventualmente, la mayor parte del gas se agota y las estrellas jóvenes disipan el resto del gas una vez que comienzan a brillar. Dado que el período de formación de estrellas en el cúmulo de nacimiento es finito, y como conocemos la tasa de explosiones de supernovas, los dos datos pueden combinarse para ayudar a saber cuántos hermanos tiene el Sol. Si eso suena complicado, lo es. Pero es ciencia sólida y bien entendida.

“Aquí, revisamos el número de estrellas en el cúmulo de nacimiento del Sol desde el punto de vista de la probabilidad de adquirir al menos una supernova de colapso del núcleo dentro de la duración finita de la formación estelar en el cúmulo de nacimiento”, escriben los autores. "Encontramos que la cantidad de estrellas en el cúmulo de nacimiento puede ser significativamente mayor que la considerada anteriormente, dependiendo de la duración de la formación estelar".

Las estrellas masivas que terminan sus vidas como explosiones de supernovas con colapso del núcleo (CCSN) no viven tanto como el Sol. Pueden vivir solo unos pocos millones de años, lo que significa que pueden formarse, explotar y morir mientras otras estrellas como el Sol aún se están formando. Cuando explotan, inyectan en los sistemas solares cercanos radionúclidos de vida corta (SLR, por sus siglas en inglés), incluido Al 26. Estos diminutos granos de Al 26 se incorporan en la formación de CAI.

Los autores asumen que ocurrió un CCSN cerca del nacimiento del Sistema Solar. Esto es plausible ya que las explosiones de SN crean ondas de choque que provocan el nacimiento de estrellas cuando chocan contra las nubes moleculares. En su marco, debe haber al menos un CCSN adicional durante el período de formación estelar en el cúmulo. Calcularon esa probabilidad y propusieron una tasa de eventos para las CCSN.

Este esquema del estudio muestra la inyección directa de SLR en el Sistema Solar primitivo dentro del cúmulo de nacimiento. Las estrellas masivas que nacieron en el cúmulo desencadenarían explosiones CCSN cuando terminaran su vida útil, t * . Para explicar la coexistencia de 26 CAI ricos y pobres en Al 26 en el sistema solar temprano, la inyección directa de granos de polvo ricos en SLR de un CCSN debería ocurrir durante la formación de CAI en el sistema solar. La condición necesaria para formar el sistema solar es que al menos un CCSN ocurra en el cúmulo de nacimiento dentro de la duración de la formación estelar, t SF. Crédito de la imagen: Arakawa y Kokubo 2022.

Hay dos escenarios diferentes para un CCSN que inyecta Al 26 en el grupo. Podría inyectarlo en un núcleo en la nube molecular donde una protoestrella apenas comienza a formarse. O podría inyectarlo más tarde en un disco circunestelar alrededor de una estrella joven que ya no es una protoestrella. Cuando un CCSN lo inyecta en un núcleo, el CCSN también es el evento que inicia la formación de la protoestrella, ya que las ondas de choque del CCSN comprimen el gas en la nube molecular. Cuando lo inyecta en un disco circumestelar, la estrella central del disco es un objeto estelar joven de Clase II (YSO).

Estos dos escenarios son diferentes porque la eficiencia de la inyección depende del tamaño del polvo y se podrían implantar pequeñas partículas de polvo de 0,1 a 1 micras en el disco circumestelar. En ese caso, el CCSN no solo afectaría la abundancia de radionucleidos de vida corta (SLR) como el Al 26, sino que también afectaría la evolución estructural del disco.

En nuestro Sistema Solar, hay evidencia de que un CCSN ocurrió lo suficientemente tarde como para inyectar SLR como Al 26 en el disco circumestelar mientras el Sol era un YSO. Un estudio de 2018 mostró que un CCSN podría ser responsable de la desalineación entre el ecuador del Sol y la eclíptica.

Entonces, ¿a dónde nos lleva eso? Esa es mucha información detallada. ¿Nos dice cuántos hermanos puede tener el Sol? No exactamente, pero limita el número.

Este estudio refinó los anteriores. Revisaron el número de estrellas en el cúmulo de nacimiento del Sol desde el punto de vista de un CCSN que inyecta directamente Al 26 en el disco circumestelar del joven Sol. Eso limita el tiempo. Luego, "... calcularon la probabilidad de adquirir al menos un CCSN dentro de la duración finita de la formación estelar en el cúmulo de nacimiento", escriben en su artículo.

Descubrieron que la cantidad de estrellas en el cúmulo, la cantidad de hermanos que tiene el Sol, es mucho mayor que las estimaciones anteriores. Eso es especialmente cierto si la duración del período de formación estelar es inferior a 10 millones de años.

"Un CCSN podría ser responsable de la desalineación entre  

el ecuador del Sol y la eclíptica."

Las estimaciones anteriores están en alrededor de 500 hermanos para el Sol. Pero este trabajo viene en un orden de magnitud superior.

“El número plausible de estrellas en el cúmulo de nacimiento del Sol sería Numero de estrellas > 2.000 cuando tiempo de formación estelar < 12 Millones de años”, escriben los autores. “Además, el número plausible sería Numero de estrellas > 20.000 cuando se supone una escala de tiempo mucho más corta de tiempo de formación estelar <5 Millones de años”. Eso da un rango de alrededor de 2.000 a 20.000 hermanos.

Esta figura del estudio muestra la probabilidad de una CCSN entre 20 y 60 m de masas solares durante la vida útil de formación estelar de un cúmulo. El eje y muestra P SN, la probabilidad de que ocurra un CCSN. Cada una de las líneas de colores representa una duración diferente de los períodos de formación estelar en los cúmulos. El eje x muestra N Cl, que es el número de estrellas en el cúmulo. Crédito de la imagen: Arakawa y Kokubo 2022.

Este estudio y otros similares sirven para limitar el número de hermanos que tiene el Sol. Pero no identifica ninguno específico. Una vez que los astrónomos puedan hacer eso, podrán realizar un estudio de las estrellas y determinar el tamaño de la familia del Sol de manera más observacional. Y se están moviendo en esa dirección.

Un día, gracias a Gaia y otras misiones posteriores, podremos identificar al grupo de hermanos del Sol de manera más completa, analizando sus movimientos y composición.