Astrofísica: Alex Pedrini i Angela Adamo són els primers autors d’un article publicat avui a Nature Astronomy en el que, a partir de dades dels Telescopis Espacials Hubble (HST) i Webb (JWST), s’aprofundeix en com la massa d’un cúmul estel·lar regula positivament la taxa de formació de nous estels. Aquest és un problema obert en la comprensió del procés astrogènic. L’escala temporal de sorgiment de cúmuls estel·lars a partir dels núvols natals és un paràmetre bàsic del cicle de formació d’estels dins de les galàxies. Amb l’HST i el JWST, Pedrini et al. han observat milers de cúmuls estel·lars joves de quatre galàxies properes: M51, M83, NGC 628 i NGC 4449. Una fracció important dels cúmuls observats són encara inclosos dins del gas natal, i no són encara visibles en la franja de llum visible. Pedrini et al. han estimat l’escala temporal necessària per a la dispersió del material interestel·lar. Hi ha una forta correlació entre l’escala temporal de dispersió i la massa del cúmul, de manera que els cúmuls massius emergeixen més ràpidament que els cúmuls de massa inferior. Els cúmuls massius tindrien un paper central en la promoció de l’escapament de radiació ionitzant cap al medi galàctic. Això significa d’altra banda restringir la finestra temporal de formació de planetes en cúmuls massius, ja que els discs protoplanetaris es veuen exposats a irradiació ultraviolada la qual limita l’acreció de gas.
Imatge elaboradora a partir de dades del HST i del JWST que mostra un complex astrogènic de la galàxia M51
L’astrogènesi
L’astrogènesi o formació d’estels consisteix en el col·lapse gravitacional de regions d’alta densitat de núvols moleculars gegants. Aquest col·lapse condueix a la formació de cúmuls de sistemes estel·lars.
En un cúmul o associació estel·lar són els estels massius (amb >15 masses solars) els responsables de la immensa majoria de l’energia i moment alliberat al medi circundant. En aquest alliberament participa una combinació de processos que rep el nom de retroalimentació estel·lar. La retroalimentació estel·lar condueix a la destrucció del núvol natal per fotoionització, vents estel·lars, pressió radiativa i explosions de supernova). Aquesta retroalimentació estel·lar explica la ineficiència relativa de l’astrogènesi en galàxies: tan sols una fracció de gas disponible en una galàxia arribarà a formar estels.
L’estudi de cúmuls estel·lars joves pot ajudar a entendre les escales temporals d’aquests processos. Ara bé, estudiar-ne els de la Via Làctia i la resta del Volum Local (menys de 10 megaparsecs) és complex. I estudiar-ne els de més enllà requereix una bona sensibilitat i resolució. Justament és això el que forneixen els telescopis espacials Hubble (HST) i Webb (JWST). Amb ells, Pedrini et al. han cartografiat poblacions de cúmuls estel·lars joves de galàxies properes en el context de regions astrogèniques. Hom pot distingir els cúmuls estel·lars joveníssims, caracteritzats per la presència de pols dels núvols natals, així com d’hidrogen ionitzat i la línia d’emissió de 3,3 μm dels hidrocarburs aromàtics policíclics.
Els cúmuls estel·lars joves emmergents
Pedrini et al. han emprat observacions de la NIRCam de JWST per identificar cúmuls estel·lars joves emergents a una escala de 4-8 parsecs en quatre galàxies properes. Adamo és la investigadora principal de Feedback in Emerging extrAgalactic Star clusTers (FEAST), projecte que seleccionà com a mostra aquestes quatre galàxies: M51, M83, NGC 628 (=M74) i NGC 4449. Cada galàxia té un ambient i metal·licitat característics.
Imatges d’arxiu de HST ajudaren a identificar cúmuls estel·lars joves òptics.
Pedrini et al. defineixen tres fases en un cúmul estel·lar jove:
- eYSCI: són fonts compactes i brillants on el component estel·lar encara roman associat a regions H II.
- eYSCII: l’associació a regions H II roma, però ja no hi ha detecció d’hidrocarburs aromàtics policíclics.
- oYSC: el cúmul estel·lar ja és visible òpticament. És un cúmul encara jove en el sentit que no ha complert encara els primers 10 milions d’anys d’existència.
L’escala temporal es pot mesurar com la fracció de cúmuls estel·lars joves que encara no han emergit (eYSC sobre el total de YSC) multiplicada per 10 milions d’anys.
Pedrini et al. han analitzat una població total de 8900 cúmuls estel·lars joves. Val a dir que tan sols una petita fracció d’aquests cúmuls tenen masses superiors a 10000 masses solars. No obstant, la població analitzada és representativa per a cúmuls de masses inferiors a 1000 masses solars.
Per als cúmuls estel·lars joves de masses inferiors a 1000 masses solars, és evident la relació positiva entre aquesta massa i la rapidesa amb la qual es passa de la categoria eYSC a oYSC, és a dir al punt de l’emergència del núvol natal. Per a cúmuls més massius sembla que la xifra de 4,9 milions d’anys per acomplir aquest procés ja no es pot superar gaire, però Pedrini et al. alerten que la mostra analitzada és insuficient per arribar a una conclusió ferma
Com més massiu és un cúmul estel·lar més ràpidament evoluciona cap a una situació en la qual s’atura l’astrogènesi. Ara bé, les quatre galàxies analitzades mostren diferències en aquesta relació. En la galàxia M51 la maduració dels cúmuls estel·lars és més lenta, i pot arribar als 9 milions d’anys en els cúmuls menys massius: és possible que això respongui a interaccions mareals amb una galàxia satèl·lit. En la galàxia NGC 628 hi ha menys contrast en l’escala temporal de cúmuls massius i cúmuls menys massius. En canvi, aquest contrast es ben pregon a la galàxia M83. La galàxia NGC4449, amb una metal·licitat mitjana d’1/3 de la metal·licitat solar, té un escala temporal de cúmuls estel·lars molt més breu que les altres galàxies espirals.
Pedrini et al. consideren que aquests resultats són rellevants per a la teoria de formació e planetes. Els discs protoplanetaris depenen força de l’ambient immediat. Així, els cúmuls estel·lars massius (de més de 10.000 masses solars) són hostils a la formació de discs protoplanetaris.
Lligams:
- The emerging timescale of young star clusters regulated by cluster stellar mass. Alex Pedrini, Angela Adamo, Daniela Calzetti, Arjan Bik, Thomas J. Haworth, Bruce G. Elmegreen, Mark R. Krumholz, Sean T. Linden, Benjamin Gregg, Helena Faustino Vieira, Varun Bajaj, Jenna E. Ryon, Ahmad A. Ali, Eric P. Andersson, Giacomo Bortolini, Michele Cignoni, Ana Duarte-Cabral, Kathryn Grasha, Natalia Lahén, Thomas S.-Y. Lai, Drew Lapeer, Matteo Messa, Göran Östlin, Elena Sabbi, Linda J. Smith & Monica Tosi. Nature Astronomy (2026).
