Plan de formación JAE-Intro IAA SO 2025 ofertado
El telescopio JWST revela que las borrascas que producen las estrellas en formación crean grandes cavidades en su nube materna
Directora: Mayra Osorio (osorio[at]iaa.es)
Grupo: Formación estelar, planetaria y evolución (https://spfe.es/en/people/mayra-osorio/)
Cuando una estrella nace está rodeada por una nube de gas y polvo de la cual se alimenta vía un flujo de acreción que va desde la nube hacia la estrella, pasando a través de una estructura aplanada llamada disco de acreción. Pero la acreción también potencia eyección de materia que la estrella y el disco expulsan y que escapa por sendas cavidades en la nube que han sido creadas por estas eyecciones violentas. El telescopio espacial James Webb está obteniendo imágenes sin precedentes de estas cavidades, así como de vientos y eyecciones colimadas de materia en el infrarrojo. Modelar dichas cavidades mediante códigos de transporte radiativo que reproduzcan la luz estelar dispersada (emisión en rojo de la figura) en ellas, permitirá inferir las condiciones físicas en estas zonas y tener una mayor comprensión del proceso de formación estelar y planetaria.
Proponemos como prácticas:
1. Adaptar modelos de transporte radiativo para reproducir la luz dispersada en estas cavidades.
2. El/la estudiante elaborará un catálogo de modelos para obtener imágenes de luz dispersada dentro las cavidades como función de su densidad y temperatura y la geometría del sistema.
Para ello utilizará códigos públicos, por ejemplo: RADMC3D que generan imágenes sintéticas para comparar con las imágenes obtenidas por el programa HEFE (al cual pertenece M. Osorio). Este es el único programa de formación estelar al que se le han otorgado ~ 200 hrs de observación con el JWST para obtener imágenes de 300 protoestrellas en la región de formación estelar de Orión. También se completará el estudio de estas cavidades con mapas en radio observados con el gran interferómetro ALMA. Se adquirirá destreza para programar y habilidad para interpretar imágenes de protoestrellas en el infrarrojo medio y cercano observadas con el telescopio JWST, así como se aprenderá a procesar mapas obtenidos con ALMA. El grupo de formación estelar y planetaria del IAA-CSIC (https://spfe.es), que albergará al estudiante cuenta con radioastrónomos de amplia experiencia y modeladores.
A continuación, se adjunta una imagen de dos protoestrellas (cuya posición se marca por una estrella roja), con sus cavidades en forma de ‘reloj de arena’ y eyecciones colimadas de material observadas por el JWST.
Créditos: Federman et al. 2024, ApJ. 966,4.
Convocatorias pasadas
Plan de formación JAE-Intro IAA SO 2024 ofertado
Orión, un excelente laboratorio para estudiar la formación de los planetas en condiciones diversas
Director: Mayra Osorio (osorio[at]iaa.es)
Grupo: Formación estelar, planetaria y evolución (https://spfe.es/en/people/mayra-osorio/)
Orión es la región de formación estelar más cercana (420 pc) donde conviven protoestrellas de distinta luminosidad, masa, y en diferentes ambientes. Todas se encuentran a la misma distancia lo cual facilita su estudio y comparación entre ellas.
El proceso de formación de una estrella, va acompañado de fenómenos de acreción de materia, mediante un disco de gas y polvo, que va hacia la protoestrella y eyección mediante flujos moleculares y jets que reducen el momento angular y permite que la estrella siga ganando masa. Se sabe que esta acreción/eyección puede ser episódica, puesto que cada vez que el disco acumula material lo pasa a la protoestrella de forma violenta, causando un aumento en la luminosidad. Dichas erupciones pueden registrarse gracias a las observaciones de archivo realizadas desde hace ~20 años. En Orión se han detectado que algunas protoestrellas varían en el infrarrojo en radio. Ello nos motiva a buscar más casos donde haya indicios de variabilidad. Por otro lado, en las fases finales de la evolución protoestelar, el disco se disipa y el polvo crece hasta alcanzar varios milimétricos, llegando a ser planetésimos y finalmente planetas. Tanto la variabilidad de la protoestrella como la disipación de su disco, son dos aspectos que necesitan ser explorados.
En nuestro grupo (https://spfe.es/) tenemos observaciones centimétricas con el interferómetro Very Large Array (VLA) de Orión, que nos ayudará a comprender estos fenómenos, así como también observaciones del gran interferómetro Atacama Large Millimeter Array (ALMA) que revelan los discos, y dispondremos de datos con el James Webb Space Telescope (JWST) que revelarán luz dispersada de las cavidades.
Proponemos como prácticas:
1. Reducir los datos del VLA de alguna región de Orión que el/la candidata/a escogerá y asociará con los discos observados con ALMA de nuestra base de datos (https://planetstarformation.iaa.es/).
Algunos discos presentan evidencia de fotoevaporación o crecimiento de granos. Así como también buscará la posible detección de jets cuya variación pueda ser corroborada en el futuro.
2. El candidato(a) actualizará nuestro catálogo online sobre Orión.
3. Para la región escogida el candidato(a) calculará la luz dispersada en las cavidades y la comparará con datos del JWST usando modelos que el grupo ha desarrollado.
Contrato Predoctoral de Formación de Doctores FPI (PREP2023-001438)
https://sitios.csic.es/web/sede/convocatorias/-/convocatoria/38031
Este contrato es parte de las ayudas para la formación de personal investigador predoctoral asociadas a la convocatoria de tramitación anticipada para el año 2023 del procedimiento de concesión a «Proyectos de Generación de Conocimiento», en el marco del Plan Estatal de Investigación Científica, Técnica y de Innovación 2021-2023, de la Agencia Estatal de Investigación.
Título de la tesis: Discos y jets a lo largo de la evolución estelar
Directores: Mayra Osorio, Guillem Anglada (osorio[at]iaa.es, guillem[at]iaa.es)
Grupo: Formación estelar, planetaria y evolución
(https://spfe.es/es/personal/)
El proceso de formación de un sistema planetario viene acompañado posiblemente por la fotoevaporación del gas del disco protoplanetario, además de interacciones y migraciones de los propios planetas, así como posteriores colisiones de cuerpos de diferentes tamaños, que finalmente dan lugar a una segunda generación de granos de polvo, formando lo que se llama un «disco de escombros» asociado al sistema planetario.
El objetivo principal de este proyecto de tesis es estudiar las características de los discos de escombros alrededor de estrellas maduras, para que éstos nos ayuden a entender de modo más completo la configuración de su sistema exoplanetario y trazar su historia evolutiva. Para ello, utilizaremos principalmente datos de observaciones en rangos de longitudes de onda cm, mm, submm con radiointerferómetros como ALMA y VLA. Así mismo, como estudios complementarios, se pretende estudiar la emisión de luz dispersada en los discos usando datos del JWST.
La tesis doctoral será dirigida por la Dra. Mayra C. Osorio Gutiérrez, experta en la modelización de discos de polvo, y por el Dr. Guillem Josep Anglada Pons, experto en observaciones radioastronómicas, puesto que la principal finalidad científica del proyecto es el estudio de las propiedades y evolución de discos protoplanetarios y de escombros.
El grupo de investigación de formación y evolución estelar y planetaria, en el IAA, está dirigido por el Dr. Guillem Anglada, e incluye también a la Dra. Mayra Osorio, el Dr. José F. Gómez, el Dr. Luis F. Miranda y el Dr. Gary Fuller (colaborador externo), dos postdoctorales y varios estudiantes de doctorado y máster. Nuestro grupo estudia múltiples aspectos del proceso de formación estelar y planetaria, así como las fases tardías de la evolución estelar. Tenemos experiencia tanto en observaciones de radio de muy alta resolución angular como en modelización teórica. Contamos con numerosos colaboradores internacionales y participamos en varios consorcios internacionales.
Reducción de datos de una sola antena e interferométricos en longitudes de onda de radio (centimétricas, milimétricas y submilimétricas).
Uso de códigos de transporte radiativo del grupo para inferir parámetros físicos a partir de la emisión térmica (continuo y líneas) y luz dispersada.
Diseño y redacción de propuestas de observación para ALMA, VLA y JWST, y de artículos científicos.
Asistencia a seminarios, escuelas y cursos avanzados, y congresos científicos internacionales así como la participación en eventos de divulgación y difusión de la ciencia al gran público como parte de su formación predoctoral.
Plan de formación JAE-Intro IAA SO 2023 ofertado
Catálogo online de modelos de envolturas y discos alrededor de estrellas evolucionadas tipo AGB
Directora: Mayra Osorio (osorio[at]iaa.es)
Grupo: Formación estelar, planetaria y evolución
(https://spfe.es/en/people/may
Unos de los temas de gran interés en los últimos años ha sido el descubrimiento de exoplanetas alrededor de estrellas evolucionadas (más viejas que el Sol) que nos lleva a preguntarnos si se ha creado una segunda generación de planetas o han sobrevivido al violento final que sufre una estrella en sus últimas etapas. Con la idea de investigar la presencia de planetas en estas estrellas hemos calculado modelos de transporte radiativo de la emisión térmica de polvo de su material circunestelar, que bien puede ser corresponder a una envoltura de en expansión o a un disco de acrecimiento. Estos modelos pueden dar respuesta a la siguiente cuestión: ¿la masa del material circunestelar es suficiente para formar una segunda generación de planetas?
Disponemos de miles de modelos de discos y envolturas para un catálogo online, con la idea de ofrecerlos a la comunidad experta en el campo. Consideramos que estos modelos son oportunos porque en la literatura la mayoría de los modelos de estas estrellas son muy sencillos, ya que suponen temperatura y densidad constante. Nuestros modelos son una adaptación de los códigos que inicialmente hemos desarrollado para las estrellas jóvenes a las condiciones físicas que existen en los entornos de una estrella muy evolucionada.
El candidato trabajará en mejorar el catálogo online para ofrecer al usuario una distribución espectral de energía (SED, ver figuras) que pueda comparar fácilmente con sus datos observacionales. Los modelos se han obtenido variando la luminosidad estelar y la masa del material circunestelar, así como la inclinación y geometría del sistema. Se ofrecerá además del espectro sintético también la distribución de temperatura y densidad de las envolturas y los discos. El candidato aprenderá transporte radiativo, comprenderá como cambia el espectro al variar los parámetros antes mencionados y tratará de probar la base de datos con un caso prueba para el cual disponemos de datos desde el infrarrojo cercano hasta el milimétrico. El candidato participará en el artículo donde se presente el catálogo de modelos online a la
comunidad científica. En las imágenes se muestran el diseño de la base de datos y los espectros sintéticos (envoltura y disco) que hemos ya calculado.
Observaciones en el infrarrojo cercano de flujos salientes masivos de protoestrellas
Director: Rubén Fedriani (fedriani[at]iaa.es)
Grupo: Formación estelar, planetaria y evolución (https://spfe.es/people/ruben-fedriani/)
Las estrellas masivas son importantes para nuestra comprensión de la astrofísica. Son las principales responsables de poblar el universo con su rica complejidad química, incluidos nosotros. Además, ejercen una profunda influencia en sus entornos vecinos, impulsando poderosas fuerzas de marea y radiación. Sin embargo, los mecanismos por los que se forman las estrellas masivas siguen siendo poco conocidos. A menudo se ven envueltas en densas nubes de gas y polvo mientras se forman, lo que dificulta su observación en muchas longitudes de onda, incluida la visible, debido al bloqueo de la luz por la nube. Sin embargo, en longitudes de onda infrarrojas podemos atravesar este velo de gas y polvo y asomarnos a la formación de las protoestrellas para restringir sus propiedades y probar teorías sobre su formación. Un fenómeno físico clave que puede arrojar luz sobre la formación de estrellas masivas es la salida de chorros protoestelares, que es la consecuencia natural de un disco de acreción que alimenta a la protoestrella principal. Estos chorros protoestelares expulsan cantidades considerables de materiales del sistema estrella+disco. Nos proponemos llevar a cabo un análisis exhaustivo de un amplio conjunto de datos de imágenes en el infrarrojo cercano de regiones de formación estelar masiva que incluyen la emisión extendida de flujos de salida protoestelares. Los datos se han recogido utilizando telescopios de primera clase, como el Telescopio Espacial Hubble (HST) y el Gran Telescopio Binocular (LBT). El conjunto de datos comprende imágenes limitadas por difracción en el caso del HST e imágenes del LBT. Este proyecto será un complemento del estudio en curso SOFIA Massive (SOMA) Star Formation Survey. Proponemos llevar a cabo un análisis exhaustivo de los flujos de salida protoestelares a través de datos de imagen. Limpiaremos y procesaremos el conjunto de datos disponibles para discernir las características de las regiones de formación estelar masiva, así como las propiedades cinemáticas y dinámicas de los flujos de salida. Este proyecto motivará futuras propuestas del telescopio espacial James Webb, ya que puede penetrar más profundamente en las regiones de formación de estrellas masivas. Puede verse una descripción más detallada de este proyecto en esta url https://drive.google.com/file/d/10aFxrJjQmTIfwJ8Q2XATUlXAalKoQpse/view.
Planes de formación JAE-Intro CSIC 2023 ofertados
Discos protoplanetarios alrededor de dos o más estrellas jóvenes
Directora: Mayra Osorio (osorio[at]iaa.es)
Grupo: Formación estelar, planetaria y evolución (https://spfe.es/people/mayra-osorio/)
Entender cómo nace una estrella y se forma un sistema planetario como el nuestro es una de las cuestiones más llamativas de la Astrofísica moderna. El embrión estelar (la protoestrella) crece rodeado de una nube de gas y polvo que, debido a su rotación, va formando un disco a su alrededor, que alimenta de material a la estrella, y por ello se llama disco de acreción. Este disco, a su vez, evoluciona y puede acabar formando un sistema planetario. El material sobrante, que no termina formando parte de la estrella ni del sistema planetario, se expulsa hasta distancias enormes por medio de potentes chorros o jets. A este escenario se le conoce como el paradigma de la formación estelar para una estrella tipo solar. Hoy en día nos preguntamos si este paradigma es válido para estrellas con una masa distinta a la solar, o para estrellas binarias que nacen simultáneamente a partir de un mismo fragmento de la nube. Estos sistemas son distintos al que probablemente dio origen a nuestro Sistema Solar porque están compuestos por tres discos, un disco alrededor de cada una de las protoestrellas y un disco que rodea a las dos, llamado circumbinario. Se observa que estos discos, en algunos casos, no tienen simetría axial ya que exhiben una estructura espiral. Para estudiar como es el proceso de formación sistemas binarios hemos desarrollado una grid de modelos de discos de acreción (cientos de modelos) para tratar de explicar la emisión de polvo observada (espectro + imagen). Se propone organizar estos modelos y escoger los mejores casos para reproducir las observaciones, en especial las imágenes obtenidas con los grandes radiointerferómetros (Atacama Large Millmeter Array y Very Large Array) de algunos sistemas emblemáticos que ya hemos identificado. Simultáneamente se propone calcular modelos hidrodinámicos (usando códigos de acceso público) que incluyen desviaciones de la simetría axial para empezar a simular la estructura espiral de los discos circumbinarios.
Fenómenos de pérdida de masa en estrellas jóvenes y evolucionadas
Director: José Francisco Gómez Rivero (jfg[at]iaa.es)
Grupo: Formación estelar, planetaria y evolución (https://spfe.es/people/jose-francisco-gomez/)
Muchos escenarios astrofísicos diferentes comparten elementos comunes, si bien a diferentes escalas. Uno de los más espectaculares es la producción de fenómenos de pérdida de masa, en muchos casos con una extrema colimación (jets). Estos jets están presentes en objetos como núcleos activos de galaxias (a escalas de varios parsecs), microcuásares, objetos estelares jóvenes, o estrellas evolucionadas (a escalas de unidades astronómicas). En estos casos, se requiere la presencia de un disco de acrecimiento para el lanzamiento de la pérdida de masa colimada. En este trabajo se propone un estudio de fenómenos de pérdida de masa en estrellas jóvenes y evolucionadas, y de sus estructuras asociadas (discos de acrecimiento), utilizando bases de datos públicas de distintos radiotelescopios.
Plan previsto:
1- Se propondrán a la persona seleccionada varias fuentes candidatas, en regiones de formación estelar o en estrellas evolucionadas.
2- Se buscarán datos públicos disponibles en los archivos de radiotelescopios como Very Large Array, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, o Australia Telescope Compact Array.
3- Se hará un análisis crítico de los datos accesibles y de los objetivos científicos alcanzables con ellos en el tiempo disponible con esta beca. Se seleccionará al menos una fuente para su estudio.
4- Se descargarán los datos y se realizará su calibración, evaluación de calidad y análisis.
5- Se preparará una memoria de los resultados, que podrá ser el germen de una contribución a un congreso o un artículo en una revista arbitrada.
Buscando radio fuentes débiles en Orión
Directora: Teresa Gallego (gallego[at]iaa.es)
Grupo: Formación estelar, planetaria y evolución (https://spfe.es/people/aurelia-teresa-gallego-calvente/)
El nacimiento de una estrella va acompañado de acreción de materia mediante un disco y eyección en la dirección perpendicular al disco, lo cual reduce el momento angular y permite que la estrella siga ganando masa. Actualmente sabemos que esta acreción y eyección de materia puede ser episódica, puesto que cada vez que el disco acumula suficiente material de la nube materna, se lo pasa a la protoestrella causando un aumento en la luminosidad. Por otro lado, en las fases finales de la evolución protoestelar, el gas del disco se fotoevapora y sus granos de polvo pueden crecer a tamaños milimétricos para eventualmente formar planetésimos y, finalmente, planetas. Tanto la variabilidad de la protoestrella como la disipación de su disco circunestelar para llegar a ser un sistema planetario, son dos aspectos poco conocidos y que necesitan ser explorados. En nuestro grupo de investigación tenemos observadas varias regiones de Orión que nos darán luz sobre estos fenómenos, ya que Orión es una region muy rica en protoestrellas de diferentes luminosidades, estados evolutivos y todas colocadas a una misma distancia. Proponemos en estas prácticas Jae-Intro reducir los datos en el centimétrico que hemos obtenido con el radiointerferómetro Very Large Array en su configuración más compacta, sito en Estados Unidos. El/La candidata/a escogerá la región cuyos datos quiere procesar e identificará los discos ya observados con ALMA de nuestra base de datos de Orión online (https://planetstarformation.iaa.es/) fotoevaporándose o con posible crecimiento de granos y sus jets.
Beca de doctorado INPhINIT: Exploración de la diversidad de los sistemas planetarios
El programa de becas de doctorado INPhINIT «la Caixa» está dedicado a atraer Investigadores Noveles con talento de cualquier nacionalidad para que realicen sus estudios de doctorado en los mejores centros y unidades de investigación españoles y portugueses con distinción de excelencia.
Las estrellas se forman rodeadas de un disco de gas y polvo que evoluciona progresivamente hasta formar un sistema planetario. Con la llegada de una nueva generación de telescopios e instalaciones astronómicas, como el interferómetro de radio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), hemos podido obtener imágenes cada vez más nítidas de estos discos protoplanetarios y discernir detalles finos del inicio del proceso de formación planetaria. Con frecuencia se encuentran discos con asimetrías, cavidades centrales, huecos, anillos brillantes, espirales, que se cree son producidos por planetas en formación. Todo ello indica que la formación planetaria es consustancial al proceso de formación estelar, lo que sugiere una gran abundancia de planetas, comparable al número de estrellas del Universo. Los continuos descubrimientos de nuevos exoplanetas confirman que son muy abundantes en nuestra Galaxia. Uno de los resultados más sorprendentes ha sido la gran diversidad de exoplanetas y arquitecturas de los sistemas exoplanetarios que se están encontrando. Esta diversidad debería reflejarse también en sus progenitores, los discos protoplanetarios. Sin embargo, esta diversidad en los discos aún no ha sido bien explorada, ni desde una perspectiva observacional ni teórica. La tesis doctoral se dedicará a explorar esta diversidad en los discos protoplanetarios mediante el estudio de una muestra de casos emblemáticos, que ya hemos identificado.
El grupo de investigación, dirigido por el Dr. Guillem Anglada, está formado también por la Dra. Mayra Osorio, el Dr. José F. Gómez, el Dr. Luis F. Miranda, 1 postdoc, y varios estudiantes de doctorado y máster. Estudiamos múltiples aspectos del proceso de formación estelar y planetaria, así como las fases tardías de la evolución estelar. Tenemos experiencia tanto en observaciones de radio de muy alta resolución angular como en modelización teórica. Contamos con numerosos colaboradores internacionales y participamos en varios consorcios internacionales en el Reino Unido, Chile, México, EE.UU., Alemania, India, Australia y Francia, entre otros.
El proyecto de tesis, dirigido por la Dra. Mayra Osorio y el Dr. G. Anglada, se centrará en el estudio de discos protoplanetarios en diversos entornos «peculiares», para explorar el alcance de su diversidad con el objetivo de comprender su conexión con la diversidad observada en los exoplanetas y en la arquitectura de los sistemas exoplanetarios. Se estudiarán las condiciones físicas de una muestra de discos alrededor de estrellas masivas, discos en sistemas binarios y discos extremadamente compactos en estrellas de tipo M de muy baja luminosidad, ya que marcan las condiciones iniciales para construir un sistema planetario.
El candidato/a alcanzará este objetivo tanto mediante observaciones (nuevas propuestas y explotación de archivos de telescopios como VLA o ALMA) como mediante modelización (utilizando códigos desarrollados por nuestro grupo o colaboradores cercanos). Un perfil de doctorado de este tipo, con conocimientos tanto de modelización como de observación radioeléctrica, es muy demandado y necesario para una explotación exitosa de las nuevas (VLA actualizado, ALMA) y futuras instalaciones radioastronómicas (SKA, ngVLA). Estas instalaciones proporcionan imágenes y resultados cada vez más sofisticados que requieren conocimientos tanto observacionales como teóricos para su análisis e interpretación física.
Se espera que el/la estudiante pase estancias cortas en centros de investigación de renombre, como ALMA-ESO (Chile y Alemania), el nodo ALMA en la Universidad de Manchester (Reino Unido), o NRAO (EE.UU.). También asistirá a cursos de formación específicos sobre radiointerferometría (NRAO, SMA o IRAM) y a conferencias internacionales.
