La constelación de Orión es una de las más famosas del firmamento porque consta de decenas de estrellas; algunas de ellas son de las más brillantes del cielo nocturno.

Aunque aparentan estar cerca entre ellas, la realidad es que la mayoría no están ligadas al resto de los miembros de la constelación, ya que tienen miles de años luz de separación.

Además de estrellas, en esta constelación podemos encontrar material interestelar, que es el gas y polvo del que pueden formarse nuevas estrellas y que si estarán ligadas en cúmulos de estrellas. El ejemplo más fácil de detectar este material, incluso con un par de binoculares, es la nebulosa de Orión, donde es posible observar estrellas muy jóvenes, así como la formación de una nueva generación de estrellas.

La nebulosa de Orión está a una distancia de 1,300 años luz, lo que significa que es muy cercana en escalas astronómicas a nosotros, y por eso es más fácil estudiarla detalladamente en comparación con otras nebulosas.

En el interior de la nebulosa se puede encontrar una región conocida como Orión BN/KL. Tiene ese nombre porque los astrónomos Becklin y Neugebauer la reportaron casi al mismo tiempo que Kleinmann y Low en los años sesenta usando cámaras infrarrojas.

Sus telescopios no tenían resolución suficiente para saber qué es lo que estaban observando, pero sabían que tenía una extensión y un brillo mayor que los alrededores, para lo cual no tenían una explicación, lo que es una razón suficiente para ponerle atención. No obstante, su estudio quedó congelado por varios años.

Fue hasta los años noventa que aparecieron nuevas observaciones y con ellas, nueva información. Se logró ver con mejor resolución la región y parecía que su estructura era de muchos filamentos saliendo desde el mismo lugar, algo muy parecido a como se ven los fuegos pirotécnicos.

También pudo verse que en las puntas de estos filamentos había grumos de gas caliente que se movían a velocidades de más de 100 kilómetros por segundo. Desde ese tiempo, a los filamentos se les empezó a apodar “dedos”, y se propuso que algún tipo de explosión los tuvo que generar en el pasado.

Pero había algunos problemas con estas ideas: las observaciones eran sobre el plano del cielo, así que en realidad los dedos podrían estarse moviendo en un solo plano, o en planos completamente separados; además, las explosiones más conocidas, generadas por supernovas, no se parecen en nada a Orión BN/KL y a los dedos que generan; si es que hubo una explosión, no se tenía rastro de lo que la pudo generar. Finalmente, no se habían encontrado regiones parecidas, lo que podría indicar que solo se trataba de una curiosidad.

Fue hasta 2009, en un artículo de Luis Zapata, investigador del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM, cuando estás preguntas comenzaron a ser respondidas. Lo que él hizo fue observar Orión BN/KL usando el radiotelescopio Submillimeter Array (SMA) para detectar la emisión de la molécula de monóxido de carbono, CO, que es la segunda molécula más abundante en el universo, y logró encontrar también la velocidad radial usando el efecto Doppler.

Lo que encontró fue otra vez una estructura de muchos filamentos que podían llegar a velocidades tan altas como 200 km/s. Con este estudio, pudo darle tridimensionalidad a la región, y encontrar con más certeza el centro hipotético de donde surgieron los dedos.

Otra sorpresa fue que los dedos de CO tienen un movimiento de expansión parecida a la ley de Hubble, es decir, las estructuras que se encuentran más cerca del origen de la explosión se mueven a velocidades menores, y la velocidad va incrementando linealmente con la distancia al origen del evento. Esta ley de expansión parece ser una característica de las explosiones, por lo que los dedos de Orión sí pudieron originarse por algo que explotó.

La ventaja de las observaciones en radio es que son menos opacadas que la luz visible o infrarroja, por lo que puede observarse a mayor distancia. Por eso, Luis Zapata siguió observando con radiotelescopios otras regiones de formación de estrellas masivas más lejanas, y encontró al menos otros dos objetos con esta misma ley de expansión, por lo que ahora a estas regiones se les conoce como flujos explosivos.

Esto nos lleva a pensar que seguramente no se habían encontrado más regiones así porque nos faltan mejores técnicas de observación y porque posiblemente viven poco tiempo en comparación con una estrella.

Aún queda por resolver el misterio del origen de la explosión. Para tratar de entender, hagamos un resumen de lo que se conoce hasta ahora de los dedos de Orion BN/KL: son un sistema de centenas de filamentos a 1300 años luz que pueden ser observados en luz óptica, infrarroja y submilimétrica y que se alejan de un origen común a velocidades muy altas.

En la punta de los dedos, se pueden observar unos grumos densos de gas que van expulsando material y dejando una estela de moléculas de hidrógeno (H2) a su paso. En la parte interna de los dedos se encuentran otros dedos, mucho más cortos de CO, y más cerca del centro común hay una nube esférica rica en moléculas más complejas que se expande llevando moléculas desde el origen del evento, a la nube de gas que lo rodea.

La masa de todos los dedos y de la nube central de gas es de 8 veces la masa del Sol. Usando el tamaño y la velocidad de los dedos de H2 y los de CO, se ha determinado una edad mínima de 500 años.

Por otra parte, en 2017, Luis Felipe Rodríguez (IRyA), estudió un conjunto de estrellas en formación en Orión BN/KL: las estrellas fugitivas (con alta velocidad y movimientos anormales en el medio i nterestelar) BN (Be, Ene), n (ene) e I (i mayúscula), que están inmersas en el gas que conforman los dedos, y que tienen un movimiento que las está alejando del mismo origen que es común a los dedos de gas. Estas son protoestrellas masivas, estrellas que aún no han encendido la fuente termonuclear de energía de su núcleo, con masas de casi 10 veces la masa del Sol.

Utilizando las velocidades y distancias con las que las protoestrellas se alejan del origen, se predice que el evento sucedió hace, aproximadamente, 500 años, que concuerda con la edad estimada para los dedos que conforman la región.

Este grupo de protoestrellas, al igual que otras 3 protoestrellas más, parecen haber tenido un encuentro cercano, que intercambió energía cinética y potencial, produciendo una eyección que aventó los miembros proto estelares isotrópicamente por el Espacio.

Aunque esta es la idea más aceptada, no explica cuantitativamente cómo es que los dedos alcanzaron velocidades tan altas.

Un grupo de astrofísicas y astrofísicos, conformado por miembros del Instituto de Ciencias Nucleares, del Instituto de Astronomía, del IRyA y de la Facultad de Ciencias, todos de la UNAM, ha estudiado esta región desde el punto de vista teórico, es decir, mediante la solución de ecuaciones de dinámica de fluidos, en donde también se considera la componente molecular para predecir las propiedades físicas y químicas que debieron de existir en la región.

El estudio de objetos “cercanos” como la nebulosa de Orión nos propone un verdadero reto debido a que los modelos que se propongan deben de explicar los datos que se tienen y proponer observaciones que aún no se han hecho para poner a prueba nuestras suposiciones.

Primero, el grupo investiga la dinámica de un grumo de gas que se mueve dentro de una región con una densidad parecida al medio ambiente en la región de Orión BN/KL. Para hacerlo, el grupo de investigación propone una ecuación de movimiento y estudia cómo el grumo pierde la masa, incrementando la interacción con el medio ambiente y haciéndolo frenar más rápidamente.

Utilizando simulaciones computacionales de dinámica de fluidos, juntos han logrado estimar la tasa con la que los grumos pierden su masa y frenan, lo que les ha ayudado a predecir la edad máxima que puede tener cada uno de los grumos observados.

Un hallazgo importante de su trabajo es que, al utilizar las observaciones de los grumos en esta región de Orión, se calcula que la edad que viven los dedos es de 1500 años, lo que significa que son eventos difíciles de observar, pues confirma que viven poco si consideramos las escalas de tiempo astronómicas (de millones de años).

Además, la ecuación de movimiento les permite relacionar las características observadas de cada uno de los dedos, como son la distancia y la velocidad actual, con las propiedades de estos mismos grumos cuando fueron expulsados por la explosión, es decir, estos astrofísicos pueden saber la masa y la velocidad inicial de cada dedo.

Con esto han predicho que la energía que produjo el evento es de 3x10^49 erg, lo cual es aproximadamente 1% de la energía que inyecta una estrella al morir como una supernova. Además, se encuentran inmersos en un medio ambiente muy denso que opaca la luz del objeto, impidiéndonos observar todos los eventos de este tipo que se encuentran en el Universo.

Ahora que el grupo propuso las condiciones iniciales, aún falta entender el origen de la eyección de estos dedos, por lo que han recurrido a soluciones computacionales de un problema que considera “N” partículas (o cuerpos) que representan los grumos que observamos en expansión.

Los investigadores del grupo consideran que los grumos inicialmente formaban un sistema en equilibrio gravitatorio, y que eran parte del material que quedó cuando se formaron las estrellas fugitivas BN, n e I.

También suponen que este sistema sufrió un encuentro gravitatorio con un objeto masivo, por ejemplo otra estrella masiva. Su hipótesis es que esta estrella masiva pasó por esta región interactuando con el sistema en formación.

Usando un código computacional, realizan simulaciones numéricas, y así calculan la dirección y velocidad del movimiento de 200 partículas. Estas partículas simulan las puntas de los dedos; el tiempo que analizaron en estas simulaciones es de 500 años. Como parte de sus resultados computacionales, y comparándolos con las observaciones con telescopios, encontraron que este tipo de interacciones produce estructuras muy parecidas al evento que se muestra en Orión.

Otro punto importante es estudiar la evolución molecular en esta región, es decir, cómo cambia la densidad y concentración de las moléculas debido al evento explosivo.

Este tipo de eventos que inyectan una gran cantidad de energía en la nube molecular, propiciarán la disociación de las moléculas, “partiéndolas” en moléculas más pequeñas o hasta en átomos.

Para poder proponer nuevas observaciones, es importante utilizar modelos computacionales que, además de resolver las ecuaciones que gobiernan la dinámica de fluidos, resuelvan la concentración de cada molécula como función de tiempo, considerando los procesos químicos que forman y destruyen a cada una de ellas.

Finalmente, a partir del estudio, el grupo de astrofísicos ha encontrado que los grumos son, inicialmente, más ricos en moléculas que el medio ambiente que los rodea, y es por eso que podemos observar los “dedos” en CO en la región de Orión BN/KL.

Esto puede ser debido a que los grumos evolucionaron en regiones más densas y frías del Espacio, y que eran los eslabones de la formación de una nueva estrella masiva que no fue formada por la explosión.

Desde hace varios años, el equipo de investigación ha estudiado esta región desde varios ángulos: el punto de vista dinámico y químico nos han ayudado a entender de una forma integral este tipo de objetos, que en los últimos años ha adquirido auge por el interés de la comunidad astronómica, en particular los que estudian formación estelar.

Los especialistas han comenzado a mapear detalladamente el cielo buscando más flujos explosivos como Orión BN/KL tratando de explicar uno de los más grandes paradigmas que hay en la astrofísica que es la formación de estrellas masivas. Sin duda, el estudio de este tipo de regiones es el primer paso.