Cuando el gas se agota: pérdida de gas frío pone frenos a auge de nacimiento estelar

2 agosto, 2017

Un grupo de astrónomos usó el radiotelescopio ALMA para observar un cúmulo de galaxias a 9.400 millones de años luz de distancia y descubrió la presencia de gas caliente que despoja a las galaxias de su gas frío. Como el gas frío es el material a partir del cual se forman estrellas nuevas, este fenómeno inhibe los procesos de formación estelar. Este hallazgo es clave para entender la disminución de la tasa de nacimiento estelar a lo largo de la historia del Universo y el proceso evolutivo de los cúmulos de galaxias.

Comprender la evolución de los procesos de formación estelar en el Universo es fundamental para la astronomía moderna. Varias observaciones han revelado que estos procesos han cambiado durante los 13.800 millones de años de historia del Universo. La tasa de nacimiento de estrellas alcanzó su auge hace 10.000 millones de años, y desde entonces ha disminuido constantemente, pero las razones de esta disminución no están claras.

“Para tratar de entender qué inhibe la actividad de formación estelar, nos interesamos en el entorno de las galaxias”, señala Masao Hayashi, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ).

Hayashi y sus colegas observaron el cúmulo de galaxias XMMXCS J2215-1738, ubicado a 9.400 millones de años luz [1] de nosotros, usando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Como la luz de los objetos distantes tarda mucho para llegar hasta nosotros, cuando se observan galaxias muy distantes vemos el Universo como era en el momento en que se emitió la luz observada. En este caso, la luz de XMMXCS J2215.9-1738 fue emitida hace 9.400 millones de años luz, cerca de la época en que la tasa de formación estelar alcanzó su auge. De hecho, en observaciones realizadas anteriormente con el telescopio Subaru del NAOJ se había revelado que muchas galaxias del cúmulo presentaban procesos activos de formación estelar.

ALMA detectó señales de radio emitidas por el gas de monóxido de carbono de 17 galaxias del cúmulo, un récord en términos de detección de galaxias con alto contenido de gas a tamaña distancia. La mayoría de las galaxias con un elevado contenido de gas se encuentra en las zonas periféricas del cúmulo de galaxias, no en el centro. Esta es la primera vez que se logra determinar su distribución de esta forma en un cúmulo de galaxias situado a 10.000 millones de distancia.


Cúmulo de galaxias XMMXCS J2215.9–1738 observado con ALMA y el Telescopio espacial Hubble. Las Galaxias llenas de gas detectadas con ALMA se muestran en rojo y están marcadas con círculos. La mayoría de las galaxias con un elevado contenido de gas se encuentra en las zonas periféricas del cúmulo de galaxias, no en el centro. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Hayashi et al., the NASA/ESA Hubble Space Telescope

Descargar imagen sin los círculos blancos.

Los astrónomos creen que las galaxias ricas en gas que detectó ALMA están a medio camino de volverse parte del cúmulo. A medida que las nuevas galaxias pasan a través del gas caliente presente en el cúmulo, el gas caliente desplaza el gas frío. En tanto, el proceso de formación estelar consume el poco gas que queda en las galaxias, y una vez que el gas frío se agota, el proceso se detiene.

En el estudio se observaron algunas galaxias dando nacimiento a nuevas estrellas en el centro del cúmulo. Según los astrónomos, se trata de miembros antiguos y más evolucionados del cúmulo que están consumiendo sus últimas reservas de gas para formar estrellas.

“Las observaciones recientes y los estudios teóricos muestran que la distribución del gas es clave para comprender la evolución de las galaxias”, explica Hayashi. “Nuestras observaciones aportan sólidos datos estadísticos que demuestran que hay galaxias con un elevado contenido de gas en las zonas periféricas del cúmulo de galaxias. Con estos resultados, hemos sentado las bases de las futuras observaciones que podrán revelar el proceso evolutivo de las galaxias en los cúmulos de galaxias”.

Notas

[1] El desplazamiento al rojo del cúmulo de galaxias es de z = 1,46. Un cálculo basado en los últimos parámetros cosmológicos medidos con Planck (H0 = 67,3 km/s/Mpc, Ωm = 0,315, Λ = 0,685: resultados Planck 2013) arroja una distancia de 9.400 millones de años luz. Por favor, véase la entrada “Cálculo de la distancia de objetos remotos” para obtener más detalles.

Additional Information

Los resultados de este estudio se recogen en el artículo de Hayashi et al. “Evolutionary phases of gas-rich galaxies in a galaxy cluster at z = 1.46” (‘Etapas evolutivas de galaxias ricas en gas en un cúmulo de galaxias en z = 1,46’) publicado en The Astrophysical Journal Letters en junio de 2017.

Los miembros del equipo de investigación son: Masao Hayashi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón), Tadayuki Kodama (NAOJ/SOKENDAI/Universidad Tohoku), Kotaro Kohno (Universidad de Tokio), Yuki Yamaguchi (Universidad de Tokio), Ken-ichi Tadaki (NAOJ/Instituto Max Planck de Física Extraterrestre), Bunyo Hatsukade (Universidad de Tokio), Yusei Koyama (NAOJ/SOKENDAI), Rhythm Shimakawa (NAOJ/Universidad de California), Yoichi Tamura (Universidad de Tokio/Universidad de Nagoya) y Tomoko L. Suzuki (NAOJ).

Esta investigación fue financiada con becas de la Sociedad Japonesa para el Fomento de la Ciencia y del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón (nº 26707006, 21340045, 24244015, 15H02073 y 25247019).