Luis Chavarría: Cúmulos estelares jóvenes en regiones de formación estelar masiva

Luis Chavarría actualmente es postdoc en CONICYT-Universidad de Chile. El obtuvo su doctorado en la Universidad de Chile en el año 2009. Es co-fundador de este blog y éste es su segundo artículo para Lukay. Sus intereses se centran en formación estelar de estrellas en la Galaxia. Lo puedes contactar en luisagustinchavarria at gmail dot com

La formación de estrellas masivas es un tópico aun muy debatido. El principal problema consiste en determinar el mecanismo que junta una gran cantidad de masa (gas y polvo) en un periodo de tiempo lo suficientemente corto antes que la presión de radiación disperse el material alrededor de la estrella. Además, este tipo de estrellas nacen en las profundidades de las nubes moleculares, por lo tanto solo pueden ser estudiadas en el infrarrojo o a longitudes de onda mas larga. 

En este paper estudiamos 5 regiones de formación estelar en la Vía Láctea: S235, S252 (ver en Fig. 1), S254-S258, NGC7538 y W5-east. Estas regiones están ubicadas en las afueras de la Galaxia, entre 1.5 y 3 kpc del Sol, tienen tamaños de unos 10-15 pc y masa (gas+polvo) de unas 10000 veces la masa del Sol. El objetivo es investigar las propiedades físicas de las estrellas jóvenes. La ventaja de nuestro estudio es que dada la gran cantidad de estrellas y el amplio rango de masas involucradas, nos permite comparar, usando los mismos datos, las características de estrellas jóvenes de baja y alta masa.

Fig1. Distribución de estrellas jóvenes en región S252. La imagen de fondo corresponde a los canales IRAC 1(azul), 2 (verde) y 4 (rojo) de las observaciones con el telescopio espacial SPITZER. Las estrellas Clase I se muestran con círculos rojos, las Clase II con círculos azules y el resto de las estrellas jóvenes con rombos negros. Los cúmulos de estrellas jóvenes están limitados por polígonos.

Para identificar las estrellas jóvenes utilizamos una combinación de datos en el infrarrojo cercano y medio. De esta manera, las estrellas jóvenes son detectadas debido a la emisión de su disco o envoltura. Una vez hecho esto, aplicamos un algoritmo para buscar cúmulos de estrellas jóvenes e investigamos sus propiedades físicas tales como densidad de estrellas, masa y tamaño. Además, nuestros datos nos permiten dividir las estrellas jóvenes en 2 clases; Clase I y Clase II, (Lada 1987). Las Clase I se encuentran en una etapa evolutiva mas temprana que las Clase II. Esto nos permite estudiar la distribución espacial de ambas clases para tener una idea de la evolución dinámica en cúmulos jóvenes.

En total encontramos poco mas de 3000 estrellas jóvenes. Un alto porcentaje de estas se encuentran agrupadas en cúmulos. Las estrellas de Clase I se distribuyen de manera mas fractal o jerárquica que las Clase II (distribuidas en forma mas radial) y están asociadas con material molecular mas denso. Esto concuerda con la idea de que las estrellas se forman en filamentos de polvo y evolucionan dinámicamente a una formación mas centralizada. Además encontramos que las propiedades de los cúmulos que albergan estrellas masivas son una extrapolación del caso de baja masa. Esto implica que los fuertes vientos y radiación emitida por estrellas masivas tiene un efecto mas tardío a la escala de tamaño del cumulo. Además, nuestro estudio proporciona una batería de parámetros físicos de cúmulos estelares jóvenes en un rango amplio de masas y tamaños los cuales pueden ser ocupados para probar teorías de formacion estelar. 

'A multiwavelength study of embedded clusters in W5-east, NGC 7538, S235, S252 and S254-S258'
Luis Chavarría, et al. 
MNRAS 439, 3719 (2014). ArXiv:1403.3082

Resumen (en ingles, mas comentarios+compartir)

We present Spitzer, near-IR (NIR) and millimetre observations of the massive star-forming regions W5-east, S235, S252, S254-S258 and NGC 7538. Spitzer data is combined with NIR observations to identify and classify the young population while ¹²CO and ¹³CO observations are used to examine the parental molecular cloud. We detect in total 3021 young stellar objects (YSOs). Of those, 539 are classified as Class I, and 1186 as Class II sources. YSOs are distributed in groups surrounded by a more scattered population. Class I sources are more hierarchically organized than Class II and associated with the most dense molecular material. We identify in total 41 embedded clusters containing between 52 and 73 per cent of the YSOs. Clusters are in general non-virialized, turbulent and have star formation efficiencies between 5 and 50 per cent. We compare the physical properties of embedded clusters harbouring massive stars (MEC) and low-mass embedded clusters (LEC) and find that both groups follow similar correlations where the MEC are an extrapolation of the LEC. The mean separation between MEC members is smaller compared to the cluster Jeans length than for LEC members. These results are in agreement with a scenario where stars are formed in hierarchically distributed dusty filaments where fragmentation is mainly driven by turbulence for the more massive clusters. We find several young OB-type stars having IR-excess emission which may be due to the presence of an accretion disc.