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Centro de Radioastronomía y Astrofísica, UNAM
Campus Morelia
Dirección de tesis de licenciatura
Maestría y Doctorado en Astronomía
www.crya.unam.mx
FORMACION DE ESTRELLAS
Y PLANETAS
Luis F. Rodríguez
CRyA, UNAM y
El Colegio Nacional
La Formación de Estrellas y Planetas
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El caso de nuestro Sistema Solar
Formación de estrellas
Formación de discos y chorros
Exoplanetas
Avances, problemas y perspectivas
¿Cómo se formó la Tierra?
Tenemos que entender como se
formó el Sistema Solar
Recordemos que son los planetas y
las estrellas:
•  Cuerpos sin fuente importante de energía
propia. Vienen en dos tipos: terrestres y
jovianos. Existen en órbita alrededor de las
estrellas.
•  Esferas gaseosas que generan energía
termonuclear en su interior. Son de miles a
millones de veces más masivas que los
planetas.
La Formación de las Estrellas
•  El estudio de las estrellas, en sus diferentes etapas
evolutivas continúa siendo uno de los temas
principales de la astronomía.
•  En particular, la etapa de su formación es un tema
en el que ha habido contribuciones importantes de
parte de investigadores mexicanos.
•  Hasta hace un par de décadas los astrónomos
dejábamos bajo la alfombra el hecho de que, junto
con las estrellas, se deberían de estar formado
planetas.
¿Dónde y cómo se están formando
las estrellas?
•  Nuestro Sol es una de las 200 mil millones de
estrellas que forman nuestra Galaxia, la Vía
Láctea.
•  La Vía Láctea es una galaxia del tipo espiral, y en
éstas aproximadamente 10% de la masa
“luminosa” está en la forma de gas libre (nubes)
que se puede condensar gravitacionalmente para
formar estrellas.
•  Se sabe que existen además de la materia normal
(bariónica) materia y energía oscuras, pero por la
escala en la que se forman las estrellas estas
últimas componentes oscuras no son importantes.
Diagrama artístico de nuestra
Galaxia
La Vía Láctea
Luna
Tiene un diámetro
de 100,000 años-luz
Nube Molecular
Diámetro = 1-10 años-luz
Temperatura = 10-100 K
Densidad = 1,000-10,000 cm-3
Formadas por moléculas y polvo
Masa = 1-10000 masas solares
Monóxido de carbono
Polvo: solo 1% de la masa del medio
interestelar, pero muy importante
Ciclo del polvo interestelar
La contracción gravitacional
•  La idea básica es que un fragmento de nube
molecular, normalmente en equilibrio, pierde
“soporte” y se contrae por su propia gravedad
hasta formar una estrella.
•  Esto implica una contracción de una escala de 1018
cm a 1010 cm, ¡un factor de 100 millones! Muy
difícil de entender analíticamente.
•  La escala de tiempo para esta contracción es del
orden del tiempo de caída libre, 104 años.
Las nubes moleculares son
opacas a la luz visible
•  Opacidad debida a la presencia de “polvo”
cósmico (sólidos de dimensiones de 0.1 micras
opacos a la luz).
•  Esto impedía (y de hecho continúa impidiendo) el
estudio del proceso con las poderosas técnicas de
la astronomía clásica.
•  La solución se encontró en el desarrollo de la
radioastronomía, banda en la que el polvo cósmico
es transparente.
El espectro electromagnético
Rayos γ Rayos X UV Visible Infrarrojo
Radio
Very Large Array
Esto no produciría planetas…
Objetos Herbig-Haro
•  Descubiertos en los 1950s
•  En su momento no se entendió su
naturaleza, pero décadas después quedó
claro que resultan de la eyección bipolar de
gas por la estrella en formación
FLUJO MOLECULAR
Paradigma para la formación de estrellas de baja masa
(M<unas masas solares): Shu, Adams, y Lizano (1986)
Annual Reviews
Emisión del polvo en el
disco observada a 7 mm con
el Very Large Array.
Equivale a una moneda de 10
pesos colocada a 2 kilómetros.
L1551 IRS5:
Un sistema
binario con
discos.
VLA 7mm
Rodríguez+
(1998), Lim
& Takakuwa
(2006)
Contribución
de los chorros
sustraída.
Mecanismo de
Blandford y Payne
(aceleración)
Mecanismo de
Blandford y Payne
(colimación)
CHORRO: remueve
momento angular y flujo
magnético, permitiendo
la acreción. Produce los
flujos moleculares y
objetos HH. Detectable
en el cm como fuente de
libre-libre.
DISCO: Lleva gas de
la envolvente a la
estrella. Se pueden
formar planetas de él.
Detectable en el mm,
tanto en continuo
(polvo) como en
líneas (moléculas).
Tiempo
En una década el
conocimiento ha
avanzado
notablemente pues
comenzamos a ver
discos en distintas
etapas evolutivas…
Tiempo
Disco compacto
L. Loinard et al.
Emisión del polvo en el
disco observada a 7 mm
con el Very Large Array.
Tiempo
Disco clásico
Emisión del polvo en el
disco observada a 7 mm con
el Very Large Array.
Tiempo
Disco transicional
MODELO
DATOS
Los mejores modelos
para discos
protoplanetarios son de
Paola D’Alessio,
investigadora del
CRyA, UNAM.
Figure 1 from Resolved Images of Large Cavities in Protoplanetary Transition Disks
Sean M. Andrews et al. 2011 ApJ 732 42 doi:10.1088/0004-637X/732/1/42
AB Aur
Rodriguez et al. 2014
HD 169142
Osorio et al. 2014
Figure 1 from Resolving the Circumstellar Disk of HL Tauri at Millimeter Wavelengths
Woojin Kwon et al. 2011 ApJ 741 3 doi:10.1088/0004-637X/741/1/3
TW Hya
IRAS 16547: una protoestrella muy masiva
Evidencia de que
todas las estrellas,
independientemente
de su masa, se
forman por el mismo
mecanismo.
Zapata et al. 2014
Kepler: en busca de exoplanetas
tipo terrestre
Hay ya evidencia de planetas similares a la Tierra
y con temperatura que permitiría agua líquida…
Gliese 581
Exoplanetas
Exoplanetas potencialmente
habitables
FORMACION ESTELAR
PRIMERAS ESTRELLAS
(EPOCA DE LA REIONIZACION)
FORMACION DE GALAXIAS
FORMACION ESTELAR
FORMACION DE PLANETAS
El Futuro de la Formación Estelar y Planetaria
•  Aún quedan muchos problemas en el campo:
•  Formación estelar: estrellas masivas, sistemas
múltiples, enanas marrón, colimación de chorros,
primeras estrellas en el Universo…
•  Formación de exoplanetas: calientes, tipo terrestre,
en discos transicionales, libres...
•  Esperamos que la astronomía mexicana siga
haciendo contribuciones a este campo, tanto en el
aspecto teórico, como en el observacional.
Los telescopios astronómicos del futuro nos darán la respuesta...
Atacama Large Millimeter Array en Chile
Gran Telescopio Milimétrico
INAOE
Gracias por su atención
El Futuro de la Formación Estelar
•  Aun quedan muchos problemas en el campo:
formación de estrellas masivas (formación de
sistemas múltiples, formación de planetas,
colimación de chorros, primeras estrellas en el
Universo...)
•  Esperamos que la astronomía mexicana siga
haciendo contribuciones a este campo, tanto en el
aspecto teórico, como en el observacional.
Gracias por su atención
Formación Estelar
•  Anualmente se producen del orden de 8,000 artículos
arbitrados en la astronomía mundial.
•  En 2002-2003 se publicaron 739 artículos en el área
de formación estelar (5 % de la producción mundial).
•  En el mismo período, México participó en 65 artículos
en el área de la formación estelar (9 % de la
producción mundial en esta área).
•  Esta presencia mexicana va más allá de las
estadísticas y se reconocen aportaciones
fundamentales al campo desde los 1950´s.
El gas va de la nube, al disco, y de ahí a la estrella…
3.6 cm
CHORROS BINARIOS
¿Qué tienen que ver los chorros
con el momento angular?
•  Un problema con la formación estelar era el
exceso de momento angular en las nubes.
•  Se cree que la fuente de donde extraen su
energía los chorros es la rotación del disco
de acreción. Los chorros se llevan energía y
momento angular.
El gas cae en espiral
hacia la estrella.
Energía Total Proporcional a
−R
−1
Momento Angular
Proporcional a
1/ 2
R
Esto quiere decir que el gas tiene que
deshacerse de energía y momento angular
para poder caer a la estrella…
CHORRO: remueve
momento angular y flujo
magnético, permitiendo
la acreción. Produce los
flujos moleculares y
objetos HH. Detectable
en el cm como fuente de
libre-libre.
DISCO: Lleva gas de
la envolvente a la
estrella. Se pueden
formar planetas de él.
Detectable en el mm,
tanto en continuo
(polvo) como en
líneas (moléculas).
Mecanismo de
Blandford y Payne
(aceleración)
Mecanismo de
Blandford y Payne
(colimación)
Los chorros deben de tener
campos magnéticos que los
aceleran y coliman…
La “Simbiosis” Disco-Chorro
•  Para existir, el chorro requiere de la energía
(y del momento angular) del disco.
•  Para que la acreción hacia la estrella
proceda, el disco necesita que el chorro le
quite energía y momento angular.
•  Esta “simbiosis” está presente en diversos
tipos de objetos astronómicos, no sólo en las
estrellas jóvenes.
La Solución de una Crisis Aparente
•  El descubrimiento de fenómenos de
eyección en la formación estelar creó una
aparente crisis (porque se espera que la
formación esté caracterizada por fenómenos
de acreción).
•  Los chorros son la solución que da la
Naturaleza a la necesidad de que el gas en
acreción pierda energía y momento.
Ahora se sabe
que hay
cuerpos entre
los planetas y
las estrellas:
las enanas
marrón. ¿Se
forman como
las estrellas o
como los
planetas?
FORMACION ESTELAR
PRIMERAS ESTRELLAS
(EPOCA DE LA REIONIZACION)
FORMACION DE GALAXIAS
FORMACION ESTELAR
FORMACION DE PLANETAS