ALMA detecta enormes reservas ocultas de gas turbulento en galaxias distantes

30 agosto, 2017

Artículo Científico

Un equipo liderado por Edith Falgarone (Ecole Normale Supérieure y el Observatorio de Paris, Francia) han utilizado el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para detectar marcas de la molécula de hidruro de carbono CH+ [1] en distantes galaxias con brote estelar [2]. El grupo identificó señales claras de CH+ en cinco de seis galaxias estudiadas, incluyendo la Pestaña Cósmica [3]. Esta investigación entrega nueva información que ayuda a que los astrónomos entiendan el crecimiento de las galaxias, y cómo los alrededores de una galaxia impulsan la formación estelar.

“CH+ es una molécula especial. Necesita mucha energía para formarse y es muy reactiva, lo que significa que su vida es muy breve y que no puede ser transportada muy lejos. CH+ por lo tanto rastrea la forma en que la energía fluye en las galaxias y sus alrededores”, indicó Martin Zwaan, astrónomo de ESO que contribuyó en el artículo.

La forma en la que el CH+ rastrea la energía puede entenderse por analogía a estar en un bote en un océano tropical durante una noche oscura, sin luna.  Cuando hay buenas condiciones, el plancton fluorescente puede iluminar el entorno del bote mientras navega. La turbulencia causada por el bote al deslizarse por las aguas, provoca que el plancton emita luz, lo cual revela la existencia de las regiones turbulentas en el agua oscura subyacente. Dado que el CH+ se forma únicamente en áreas pequeñas donde los movimientos turbulentos del gas se disipan, su detección esencialmente rastrea la energía en una escala galáctica.

Este dibujo muestra como el gas que cae en galaxias con brote estelar, termina en grandes y turbulentos reservorios de gas frío a más de 30 mil años luz del centro de su sistema. ALMA fue capaz de detectar esos turbulentos reservorios de gas frío que rodea galaxias distantes con brotes estelares. Al detectar CH+ por primera vez en el Universo distante, esta investigación abre una nueva ventana de exploración para una época crítica para la formación estelar. Crédito: ESO/L. Benassi

El CH+ observado revela ondas de choque densas, impulsadas por vientos galácticos veloces y cálidos originados al interior de las regiones de formación estelar de las galaxias. Estos vientos fluyen a través de una galaxia, expulsando material de esta, pero sus movimientos turbulentos son tales que parte del material puede ser recapturado por la atracción gravitatoria de la galaxia misma. Este material se reúne en reservas turbulentas enormes de gas frío y de baja densidad, extendiéndose más de 30.000 años luz desde la región de formación estelar de la galaxia [4].

“Con el CH+ vemos que la energía se almacena dentro de grandes vientos del tamaño de una galaxia, y termina como movimientos turbulentos en reservas antes desconocidas de gas frío alrededor de la galaxia”, afirmó Falgarone, autor  principal del nuevo artículo “Nuestros resultados desafían la teoría de la evolución de la galaxia. Al impulsar la turbulencia en las reservas, estos vientos galácticos extienden la fase del estallido de formación estelar, en vez de  extinguirla”.

Esta imagen de ALMA muestra la ‘Pestaña Cósmica’, una lejana galaxia con un brote estelarque se muestra doble y más brillante por la ampliaciación de un lente gravitacional. ALMA fue utilizado para detectar turbulentos reservorios de gas frío al rededor de esta y otras galaxias lejanas con brotes estelares. Al detectar el CH+ por primera vez en el Universo distante, ésta investigación abre una nueva ventana de exploración de una época crítica en la formación estelar. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); E. Falgarone et al.

El equipo determinó que los vientos galácticos no podrían por sí solos reponer las reservas gaseosas recientemente reveladas, y sugiere que la masa es proporcionada por fusiones galácticas o por la acreción de corrientes de gas ocultas, como predice la teoría actual.

“Este descubrimiento representa un gran paso adelante en nuestro entendimiento sobre cómo la afluencia de materia es regulada alrededor de las galaxias starburst más intensas del Universo primitivo”, indicó el Director de Ciencias de ESO, Rob Ivison, coautor del artículo. “Esto muestra lo que puede lograrse cuando científicos de distintas disciplinas se reúnen para aprovechar las capacidades de uno de los telescopios más poderosos del mundo”.

Esta secuencia comienza desde una visión amplia del cielo, llevando al espectador a profundizar en la constelación de Acuario. Pasa por el conjunto de estrellas globulares Messier 2 y va mucho más allá de la galaxia, en un grupo distante de galaxias. Allí vemos un curioso arco, una versión a través de un lente gravitacional de una galaxia aún más distante, apodada la Pestaña Cósmica, vista usando ALMA.. | Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), DSS, Hubble; Music: Astral Electronic

Notas

[1] El CH+ es un ion de la molécula CH conocido como methylidynium para los químicos. Es una de las tres primeras moléculas descubiertas en el medio interestelar. Desde su descubrimiento a comienzos del decenio de 1940, la presencia de CH+ en el espacio interestelar ha sido un misterio porque es extremadamente reactivo, y por lo tanto desaparece más rápidamente que otras moléculas.

[2] Estas galaxias son conocidas por tener un índice mucho mayor de formación estelar en comparación a galaxias tranquilas como la Vía Láctea, haciendo a estas estructuras ideales para el estudio del crecimiento de una galaxia, y de la interacción entre gas, polvo, estrellas y los agujeros negros en el centro de las galaxias.

[3] Se usó ALMA para obtener el espectro de cada galaxia. Un espectro es un registro de luz, normalmente de un objeto astronómico, dividido en sus distintos colores (o longitudes de onda), tal como ocurre cuando las gotas de lluvia dispersan la luz para formar un arcoíris. Ya que cada elemento tiene una “huella” única en un espectro, los espectros pueden usarse para determinar la composición química de los objetos observados.

[4] Estas reservas turbulentas de gas diseminado pueden ser de la misma naturaleza que los halos gigantes brillantes observados alrededor de distantes cuásares.

Información adicional

Esta investigación fue presentada en un artículo titulado “Grandes reservas turbulentas de gas molecular frío alrededor de galaxias starburst con un alto desplazamiento al rojo” por E. Falgarone et al., a publicarse en la revista Nature el día 30 de Agosto de 2017.El equipo está integrado por E. Falgarone (Ecole Normale Supérieure y el Observatorio de Paris, Francia) , M.A. Zwaan (ESO, Alemania), B. Godard (Ecole Normale Supérieure y el Observatorio de Paris, Francia), E. Bergin (Universidad de Michigan, EE.UU.), R.J. Ivison (ESO, Alemania; Universidad de Edinburgh, Reino Unido), P. M. Andreani (ESO, Alemania), F. Bournaud (CEA/AIM, Francia), R. S. Bussmann (Universidad Cornell , EE.UU.), D. Elbaz (CEA/AIM, Francia), A. Omont (IAP, CNRS, Sorbonne Universités, Francia), I. Oteo (Universidad de Edinburgh, Reino Unido; ESO, Alemania) y F. Walter (Max-Planck-Institut für Astronomie, Alemania).

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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