Investigación dirigida por astrónomo UdeC logra importante avance en la comprensión de rayos cósmicos en zonas de formación estelar

Por medio de un artículo en The Astrophysical Journal Letters del 10 de abril de 2023, el académico del Departamento de Astronomía UdeC e investigador CATA, Dr. Stefano Bovino, compartió los resultados de un estudio de frontera sobre tasas de ionización en zonas de formación estelar.

“First ALMA Maps of Cosmic-Ray Ionization Rate in High-mass Star-forming Regions” es el título de la publicación científica, que además cuenta con el trabajo de los astrónomos Giovanni Sabatini y Elena Redaelli, del Istituto Nazionale di Astrofisica en Italia y el Instituto Max Planck de Física Extraterreste en Alemania, respectivamente.

Este estudio, que se basa en datos obtenidos con observaciones de ALMA de 2021, vendría a dar validez a teorías previas sobre la propagación de rayos cósmicos en zonas de formación estelar.

Además, los resultados sugieren que las tasas de ionización en estas zonas dependen de factores globales en el entorno donde se forman los núcleos, y no locales.

“Los rayos cósmicos son partículas de alta energía. Cuando la luz se adentra en las nubes moleculares, estas se encuentran con “paredes” de polvo que bloquean la luz, entonces estos procesos de ionización no existen porque los fotones no pueden pasar, pero los rayos cósmicos sí, colisionando con el gas e ionizando moléculas y átomos en nubes densas donde se forman estrellas dan inicio a una cadena de reacciones químicas fundamentales en la astroquímica”, explicó el astrónomo.

La importancia de este proceso reside en que toda la química de estas regiones sucede gracias a la acción de los rayos cósmicos y las moléculas y átomos, formando con el tiempo los componentes esenciales para la vida.

Por ejemplo, los rayos cósmicos son fundamentales para el proceso de fraccionamiento que lleva a un enriquecimiento D/H en agua, importante para entender el origen de los océanos en la Tierra

“Esa es la motivación para el estudio, porque son aspectos fundamentales para entender la química de las regiones de formación estelar, que a la vez se conecta a la formación de moléculas prebióticas y también para la formación planetaria”.

El papel de ALMA y las bases matemáticas del Dr. Stefano 

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), observatorio en el llano de Chajnantor, en el norte de Chile, fue esencial para lograr los resultados expuestos en el paper de ApJ Letters, ya que con los datos obtenidos el grupo de investigadores logró estimar con precisión la variación de la tasa de ionización (cuántas ionizaciones de moléculas de hidrógeno se realizan por segundo) de rayos cósmicos en dos regiones de interés: AG351 y AG354.

Además, un punto vital del estudio se encuentra en la metodología, la cual se basa en una fórmula analítica propuesta por el astrónomo UdeC en 2020.

“Esto parte de algunos trabajos con 20 o 30 años de antigüedad. Y aunque la nueva fórmula nunca se utilizó, es una modificación de algo preexistente para aplicarlo en condiciones distintas”, explicó Stefano.

Desde 2018 que el grupo viene trabajando en este proyecto, primero con una propuesta de observación para ALMA, en la cual buscaban obtener datos de H2D+ (la primera forma deuterada del ion H3+ y molécula fundamental para este estudio), para en 2021 complementar los estudios con observaciones de CO, HCO+ y DCO+. ”La mezcla de estas moléculas nos ha permitido estimar la tasa de ionización” agregó el astrónomo.  

“En los últimos meses preparamos el documento para ApJ Letters con los resultados que son súper interesantes porque están en línea con previsiones teóricas. Hay un modelo teórico de propagación de rayos cósmicos en el medio interestelar y nuestros datos se encuentran en las mismas curvas. Esto vendría a dar validez a la teoría”.

A futuro esperan contar con un abanico de observaciones más amplio, lo cual permitiría obtener mejores análisis estadísticos, lo que podría dar más validez a la teorización previa.