JWST reveals a low-mass protostellar outburst driving a methanol maser flare

Las estrellas nacen en nubes profundas y polvorientas donde la gravedad atrae el gas y el polvo hasta que una nueva estrella se enciende. Este proceso rara vez es un evento suave y constante. En su lugar, las estrellas jóvenes suelen experimentar aumentos repentinos y violentos de crecimiento llamados brotes, en los que engullen enormes cantidades de material en un corto periodo de tiempo. Estos brotes son críticos porque determinan qué tan pesada será finalmente la estrella y cómo los discos de material a su alrededor evolucionan hacia planetas. Durante décadas, los astrónomos han luchado por detectar estos eventos en las estrellas más jóvenes y profundamente ocultas porque el espeso polvo que las rodea bloquea la luz visible. Sin embargo, un tipo específico de nube de gas brillante, conocida como máser de metanol, ha servido durante mucho tiempo como un faro para encontrar estos momentos energéticos. Hasta ahora, se pensaba que estos destellos brillantes de ondas de radio eran la firma exclusiva de estrellas masivas y pesadas, lo que llevó a los científicos a creer que solo los gigantes de la guardería estelar podían desencadenar una actividad tan dramática.

Un equipo de astrónomos utilizando el Telescopio Espacial James Webb y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ha derribado esta suposición. Descubrieron que un masivo destello de máser de metanol en una región distante del espacio no fue causado por la estrella masiva en sí, sino por una compañera mucho más pequeña y cercana. La historia comienza en una región de formación estelar llamada IRAS 18134-1942, ubicada a unos 1,250 pársecs de la Tierra. Esta región es un cúmulo caótico de estrellas jóvenes incrustadas en un entorno polvoriento. A principios de 2023, los radiotelescopios detectaron un brote repentino e intenso en un cúmulo de máseres de metanol cerca de una estrella protagonista brillante y masiva conocida como MM-main. El destello fue tan brillante y rápido que sugería una inyección masiva de energía, y la suposición natural era que la estrella masiva en el centro había estallado repentinamente.

Para resolver el misterio, los investigadores activaron una respuesta rápida utilizando los telescopios terrestres y espaciales más potentes del mundo. Observaron la región dos veces, con once días de diferencia, capturando la escena en luz infrarroja que puede atravesar el polvo que la obstruye. Los datos revelaron una verdad sorprendente: la estrella masiva, MM-main, no mostró ningún cambio significativo en sus emisiones. Sus espectros no mostraron cambios de flujo ni en el continuo ni en las líneas de emisión, y su emisión milimétrica permaneció estable en comparación con las observaciones previas al brote. El único objeto en todo el campo que estaba cambiando era una protostrella tenue y de baja masa llamada MM-NE, ubicada a poca distancia. Esta pequeña estrella estaba experimentando un brote violento, aumentando su brillo aproximadamente un 30 por ciento en poco más de una semana. Los investigadores encontraron que MM-NE estaba disparando un chorro de material, creando un túnel hueco o cavidad en el polvo circundante.

Esta disposición geométrica proporcionó la clave del rompecabezas. La cavidad de salida de la pequeña estrella, MM-NE, estaba apuntando directamente hacia la ubicación de los máseres de metanol que destellaban cerca de la estrella masiva. El equipo concluyó que el brote repentino de luz de la pequeña estrella viajó a través de su propio túnel despejado y golpeó las nubes de gas cerca de la estrella masiva. Este brote adicional de radiación fue lo suficientemente fuerte como para empujar los máseres de metanol a un estado de brillo extremo, creando el destello que los radiotelescopios habían visto. La estrella masiva proporcionó las condiciones base para que existieran los máseres, pero la pequeña estrella proporcionó la chispa repentina que los hizo destellar. Este descubrimiento demuestra que las estrellas de baja masa pueden activar destellos de máser en cúmulos masivos, desafiando la creencia sostenida durante mucho tiempo de que solo las estrellas masivas son capaces de impulsar tales eventos.

Las observaciones también ofrecieron una mirada detallada y poco común sobre cómo el entorno de una estrella reacciona ante un brote repentino de energía. Los investigadores observaron los cambios físicos suceder en tiempo real. El calor del brote viajó hacia afuera, calentando primero el gas interior del disco de la pequeña estrella, haciendo que moléculas como el agua y el metano brillen intensamente. Esta onda de calentamiento se desplazó luego más allá, provocando que los granos de polvo se cristalizaran y que el hielo cambiara su estructura. El equipo midió que la región donde el hielo estaba cambiando creció aproximadamente un 12 por ciento en solo once días, un registro directo de la onda de energía moviéndose a través del sistema. Al combinar estas vistas infrarrojas con los datos de radio, el equipo calculó que la pequeña estrella estaba tragando material a un ritmo cientos de veces más rápido de lo normal, liberando una energía equivalente a casi mil soles.

Este hallazgo redefine nuestra comprensión de cómo crecen e interactúan las estrellas. Sugiere que, en las guarderías estelares concurridas, la actividad de una pequeña estrella puede influir drásticamente en sus vecinas, potencialmente ocultando la verdadera naturaleza de un brote si solo miramos a las estrellas masivas. El estudio demuestra que los "faros" de los destellos de máser no son exclusivos de los gigantes, sino que pueden ser activados por los brotes energéticos y ocultos de compañeros más pequeños. Al capturar este evento en plena acción, los investigadores han demostrado que incluso las estrellas más pequeñas en un cúmulo pueden impulsar cambios químicos y físicos significativos en su entorno, revelando un entorno de nacimiento dinámico e interconectado que anteriormente nos era invisible.