Las primeras etapas del proceso de formación estelar están caracterizadas por intensa acreción de material de la nube molecular, al tiempo que la protoestrella eyecta vientos potentes y colimados (jets). Una de las manifestaciones más claras del material eyectado por la estrella en formación son los objetos Herbig-Haro (HH), observados en escalas de parsecs (1pc ~3.26 años luz). Estos objetos trazan choques producidos por la interacción de un jet supersónico con material del entorno de la protoestrella. Desde su descubrimiento (Herbig 1951 y Haro 1952), los objetos HH han sido estudiados en diferentes rangos espectrales, por ejemplo, óptico, infrarrojo, radio, y rayos X en algunos casos. Los objetos HH 80 y HH 81, fueron los primeros HH en ser descubiertos en frecuencias de radio en 1989. Más tarde, en 1993, fue detectada la contraparte norte de estos objetos, profundamente embebida en la nube molecular, y conocida como HH 80N. Los estudios cinemáticos de estos objetos indican que se desplazan con velocidades del orden de 200-400 Km/s, mientras que la velocidad del jet es ~1000 km/s. Esto implica que el material eyectado por la protoestrella es frenado durante la interacción con el medio circundante, dando origen a los objetos HH. De acuerdo a los modelos teóricos, en este escenario sería posible acelerar partículas a velocidades cercanas a la de la luz (relativistas), lo cual explicaría la presencia de emisión sincrotrón en estos objetos (producida por la interacción de partículas relativistas en interacción con campos magnéticos). Los modelos teóricos de aceleración de partículas predicen emisión en un amplio rango de longitudes de onda, desde radio hasta rayos-gamma. No obstante, por lo general, estos choques se encuentran inmersos en la nube molecular, lo cual dificulta su detección a altas energías. En este sentido, la detección de emisión en rayos-X en los objetos HH 80 y HH 81, hace posible llevar a cabo un análisis más profundo de la interacción jet-nube en un amplio rango espectral (e.g., radio, óptico, rayos-X).

Imágenes de la emisión continua en radio en 5.5 cm de la región del jet HH 80-81, obtenidas con el radio interferómetro JVLA.

En este trabajo se presenta un estudio de los objetos Herbig-Haro HH 80 y HH 81 en el contexto de interacciones entre el chorro de material eyectado por la estrella en formación, con la nube molecular de la cuál se origina. Para ello se analizan datos observacionales en radio (Karl G. Jansky Very Large Array (VLA)), óptico (HST), y rayos X Chandra and XMM-Newton). Nuestras imágenes en radiofrecuencias representan las imágenes de mayor resolución angular obtenidas para estos objetos hasta la fecha, permitiendo así resolver espacialmente las regiones donde el material eyectado impacta con la nube, y comparar las distintas regiones que emiten en los rangos espectrales mencionados. Mediante este estudio, se halló que la emisión de rayos X blandos es de origen térmico, y que se encuentra localizada por delante del pico de emisión no térmica detectada en radio. Este resultado es consistente con un choque delantero radiativo, que calienta el gas chocado de la nube hasta temperaturas del orden de 10⁶ K, y un choque reverso adiabático, capáz de acelerar partículas a velocidades relativistas, produciendo así radiación sincrotrón detectable en radiofrecuencias. Las imágenes en radio obtenidas con alta resolución angular, revelan además la estructura de un choque de proa (bow shock) en el caso del objeto HH 80N, siendo la primera vez que esta morfología es observada en un objeto HH a estas longitudes de onda.

HH 80 y 81: Imagen compuesta por la superposición de datos en el rango óptico (escala de grises), radio (contornos azules), y rayos-X (contornos rojos y negros). En escala de grises se muestran imágenes ópticas obtenidas con el HST en tres filtros (Hα+[NII], [SII], y [OII]). En los paneles centrales se indica además la dirección al jet, i.e., la dirección a la fuente central IRAS (flecha a trazos). La fuente de rayos-X hard (contornos negros) no presenta signos de estar asociada al objeto HH, por lo que es interpretada como una fuente de fondo. Puede verse que a emisión de rayos-X blandos (contornos rojos) es observada en la región frontal del pico de emisión en radio, y presenta una estructura elongada en dirección perpendicular al eje del jet. En el contexto de la interacción de un jet con el medio ambiente, los estudios realizados en este trabajo indican que la emisión observada es naturalmente explicada mediante la formación de un choque delantero radiativo, y un choque reverso (disco de Mach) adiabático. En un choque que se desplaza a velocidades de varios cientos de km s−1 (como es el caso de los objetos HH 81 A, HH 80A, y HH 80G), el material chocado de la nube molecular puede ser calentado mediante compresión, alcanzando temperaturas elevadas (e.g., ~10⁶ K, derivada del ajuste espectral). A estas temperaturas el gas produce emisión térmica en rayos-X. Por otro lado, la emisión no térmica detectada en radio puede ser interpretada como radiación sincrotrón de partículas relativistas aceleradas en el choque reverso.

Scientific publication

Particle acceleration in the Herbig-Haro objects HH 80 and HH 81

Autores: Adriana Rodríguez-Kamenetzky, Carlos Carrasco-González , Omaira González-Martín, Anabella T. Araudo, Luis Felipe Rodríguez, Sarita Vig, Peter Hofner