¿Se forman como las estrellas mediante el colapso gravitacional de nubes de gas, o se asemejan más a planetas gigantes que han adquirido cantidades extraordinarias de materia? Un equipo de investigación del CNRS Terre & Univers (ver recuadro) acaba de simular por primera vez el nacimiento completo de una enana marrón por colapso gravitacional, revelando las propiedades físicas de estos objetos misteriosos en sus inicios.
Renderizado 3D que muestra la superficie de la enana marrón de la simulación R1 a la edad de dos semanas. La escala de color indica la intensidad del campo magnético radial en la superficie. Las líneas de flujo verdes representan los bucles magnéticos cerrados, es decir, las líneas de campo que se cierran desde el polo magnético norte al polo magnético sur en la superficie. La flecha roja indica el eje del momento angular de la enana marrón. Los paneles de imagen de la izquierda y de abajo son cortes transversales del interior de la enana marrón, mostrando respectivamente la amplitud de la densidad de corriente (izquierda) y la entropía específica del gas (abajo). El panel de imagen de la derecha muestra la intensidad máxima del campo magnético a lo largo de la línea de visión (eje y). La masa y el radio de la enana marrón se muestran en la esquina superior izquierda.
Para obtener este resultado, los investigadores utilizaron el código de cálculo RAMSES en las supercomputadoras francesas del TGCC y del CBPsmn. Estas simulaciones 3D de vanguardia integran todos los elementos físicos clave: gravedad, radiación y campos magnéticos, interactuando a diferentes escalas espacio-temporales.
El equipo modeló así el colapso de núcleos densos de baja masa (0,05 a 0,1 masa solar) en un rango dinámico considerable, con 8 órdenes de magnitud en extensión espacial (1000 unidades astronómicas a unos pocos miles de kilómetros) y 17 órdenes de magnitud en densidades (105 a 1022 partículas por centímetro3). Este enfoque auto-consistente permite seguir toda la secuencia: colapso isotérmico, formación del primer núcleo hidrostático, disociación del hidrógeno molecular H₂, y finalmente el nacimiento de la enana marrón.
Los resultados proporcionan la imagen más detallada hasta la fecha de esta formación. Los objetos resultantes presentan radios iniciales de aproximadamente 0,75 radios solares y masas de aproximadamente 0,8 masas de Júpiter, creciendo posteriormente por acreción.
Punto crucial: el estudio revela que las enanas marrones pueden formarse de manera similar a las estrellas de baja masa, pero con una fase de primer núcleo prolongada, reforzando así el escenario de formación estelar. Las simulaciones demuestran también que el campo magnético implantado en el objeto naciente alcanza aproximadamente 1 kilogauss en la superficie, con una estructura principalmente dipolar.
Estos trabajos proporcionan un marco teórico para los modelos que buscan describir la evolución de estos objetos de muy baja masa. Los investigadores planean ahora analizar el nacimiento de los discos circunestelares alrededor de estos objetos nacientes y estudiar la evolución de sus campos magnéticos.
Visualización de los campos magnéticos en el interior de una enana marrón.
Simulación 3D del nacimiento de una enana marrón por colapso gravitacional. Este video ilustra la evolución temporal del proceso de formación y su crecimiento.
© Adnan-Ali AHMAD - CRAL
Simulación 3D del nacimiento de una enana marrón por colapso gravitacional. Este video ilustra la evolución temporal del proceso de formación y su crecimiento.
© Adnan-Ali AHMAD - CRAL