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

Le stelle nascono in nuvole profonde e polverose dove la gravità attira gas e polvere finché una nuova stella non si accende. Questo processo raramente è un evento fluido e costante. Al contrario, le giovani stelle sperimentano spesso improvvisi e violenti picchi di crescita chiamati outburst, durante i quali inghiottono enormi quantità di materiale in un breve periodo di tempo. Questi scoppi sono critici perché determinano quanto diventerà pesante una stella e come i dischi di materiale intorno a esse si evolveranno in pianeti. Per decenni, gli astronomi hanno faticato a individuare questi eventi nelle stelle più giovani e profondamente nascoste, perché la densa polvere che le circonda blocca la luce visibile. Tuttavia, un tipo specifico di nube di gas incandescente, noto come maser al metanolo, ha servito a lungo da faro per trovare questi momenti energetici. Finora, questi brillanti lampi di onde radio erano stati ritenuti la firma esclusiva di stelle massicce e pesanti, portando gli scienziati a credere che solo i giganti della nursery stellare potessero innescare un'attività così drammatica.

Un team di astronomi utilizzando il Telescopio Spaziale James Webb e l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ha ora ribaltato questa supposizione. Hanno scoperto che un massiccio flare di maser al metanolo in una regione distante dello spazio non era causato dalla stella massiccia stessa, ma da una compagna molto più piccola e vicina. La storia inizia in una regione di formazione stellare chiamata IRAS 18134-1942, situata a circa 1.250 parsec dalla Terra. Questa regione è un ammasso caotico di giovani stelle immerse in un ambiente polveroso. All'inizio del 2023, i radiotelescopi hanno rilevato un improvviso e intenso flare in un gruppo di maser al metanolo vicino a una protostella luminosa e massiccia nota come MM-main. Il flare era così luminoso e rapido da suggerire un'iniezione massiccia di energia, e la supposizione naturale era che la stella massiccia al centro avesse improvvisamente avuto un'eruzione.

Per risolvere il mistero, i ricercatori hanno attivato una risposta rapida utilizzando i più potenti telescopi spaziali e terresti del mondo. Hanno osservato la regione due volte, a distanza di undici giorni, catturando la scena in luce infrarossa, che può penetrare attraverso la polvere oscurante. I dati hanno rivelato una verità sorprendente: la stella massiccia, MM-main, non mostrava cambiamenti significativi nelle sue emissioni. Il suo spettro non mostrava variazioni di flusso né nel continuo né nelle linee di emissione, e la sua emissione millimetrica rimaneva stabile rispetto alle osservazioni pre-burst. L'unico oggetto nell'intero campo che stava cambiando era una protostella debole e a bassa massa chiamata MM-NE, situata a breve distanza. Questa piccola stella stava attraversando un outburst violento, con la sua luminosità che aumentava di circa il 30 percento in poco più di una settimana. I ricercatori hanno scoperto che MM-NE stava espellendo un getto di materiale, creando un tunnel cavo o una cavità nella polvere circostante.

Questa disposizione geometrica ha fornito la chiave del puzzle. La cavità di outflow della piccola stella, MM-NE, era puntata direttamente verso la posizione dei maser fluttuanti vicino alla stella massiccia. Il team ha concluso che il improvviso burst di luce della piccola stella è viaggiato attraverso il proprio tunnel libero e ha colpito le nubi di gas vicino alla stella massiccia. Questo burst extra di radiazione è stato appena sufficiente a spingere i maser al metanolo in uno stato di estrema luminosità, creando il flare che i radiotelescopi avevano visto. La stella massiccia forniva le condizioni di base affinché i maser esistessero, ma la piccola stella ha fornito la scintilla improvvisa che li ha fatti brillare. Questa scoperta dimostra che le stelle di bassa massa possono innescare flare di maser in ammassi massicci, sfidando la convinzione radicata che solo le stelle massicce siano capaci di guidare tali eventi.

Le osservazioni hanno anche offerto uno sguardo raro e dettagliato su come l'ambiente di una stella reagisce a un improvviso burst di energia. I ricercatori hanno osservato i cambiamenti fisici accadere in tempo reale. Il calore dell'outburst si è propagato verso l'esterno, riscaldando prima il gas interno della piccola stella, facendo brillare intensamente molecole come l'acqua e il metano. Questa ondata di calore si è poi spostata più lontano, causando la cristallizzazione dei grani di polvere e il cambiamento della struttura del ghiaccio. Il team ha misurato che la regione in cui il ghiaccio stava cambiando è cresciuta di circa il 12 percento in soli undici giorni, un record diretto dell'impulso di energia che si muoveva attraverso il sistema. Combinando queste viste infrarosse con i dati radio, il team ha calcolato che la piccola stella stava inghiottendo materiale a un tasso centinaia di volte superiore al normale, rilasciando un'energia equivalente a quasi mille soli.

Questa scoperta ridisegna la nostra comprensione di come le stelle crescono e interagiscono. Suggerisce che, in nursery stellari affollate, l'attività di una piccola stella può influenzare drasticamente i suoi vicini, potenzialmente nascondendo la vera natura di un outburst se guardiamo solo alle stelle massicce. Lo studio dimostra che i "fari" dei flare di maser non sono esclusivi dei giganti, ma possono essere innescati dagli outburst energetici e nascosti di compagne più piccole. Catturando questo evento nel vivo, i ricercatori hanno dimostrato che anche le stelle più piccole in un ammasso possono guidare cambiamenti chimici e fisici significativi nel loro ambiente, rivelando un ambiente di nascita dinamico e interconnesso che era precedentemente invisibile a noi.