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ALMA descubre cómo una galaxia enana se convierte en poderosa incubadora de estrellas
Miércoles 09 de Septiembre de 2015

No muy lejos de nosotros hay una galaxia enana que suscita una gran interrogante: ¿Cómo logra dar nacimiento a cúmulos estelares sin tener todo el gas y polvo que suele haber en las galaxias más grandes? Los astrónomos creen que la respuesta está en densas cápsulas de material esparcidas por toda la galaxia que alimentan los procesos de formación estelar y que hasta ahora no habían sido detectadas.

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo internacional de astrónomos [1] descubrió un conjunto compacto de nubes interestelares oculto al interior de la galaxia cercana, enana e irregular [2] Wolf-Lundmark-Melotte, más conocida como WLM.

Estas nubes, que están inmersas en una densa capa de material interestelar, podrían ayudar a entender por qué se forman estos cúmulos estelares [3] en las tenues inmediaciones de una galaxia, miles de veces más pequeña y difusa que nuestra Vía Láctea.

"Por distintas razones, las galaxias enanas irregulares como WLM carecen de lo que se necesita para formar cúmulos estelares", explica Mónica Rubio, astrónoma de la Universidad de Chile y autora principal de un artículo que publicará la revista científica Nature. "Son galaxias esponjosas y muy poco densas, que carecen de los elementos pesados que suelen contribuir a la formación de las estrellas. Las galaxias de este tipo deberían formar estrellas dispersas en vez de cúmulos concentrados, pero claramente este no es el caso".

Al estudiar esta galaxia con ALMA, los astrónomos pudieron localizar por primera vez unas zonas compactas que parecen tener las mismas característicasque los fecundos ambientes que suele haber en las galaxias más grandes.

Estas zonas fueron descubiertas apuntando a la señal casi imperceptible y muy localizada de ondas milimétricas emitidas por moléculas de monóxido de carbono (CO), comúnmente asociadas con los procesos de formación estelar.

Anteriormente, un equipo de astrónomos encabezado por Deidre Hunter del Observatorio Lowell, en Flagstaff (Arizona, Estados Unidos), había detectado monóxido de carbono en la galaxia WLM utilizando el Atacama Pathfinder Experiment (APEX), telescopio de una sola antena [4]. Estas observaciones iniciales de baja resolución no permitieron determinar la ubicación exacta del monóxido, pero confirmaron que WLM contiene la menor cantidad detectada a la fecha en una galaxia. Según los astrónomos que participaron en ese estudio, tamaña escasez de monóxido de carbono y otros elementos pesados constituía un serio impedimento para los procesos de formación estelar.

ALMA descubre cómo una galaxia enana se convierte en poderosa incubadora de estrellas

ALMA descubrió una inesperada población de nubes interestelares compactas dentro de la galaxia enana irregular WLM. Estas nubes incubadoras de estrellas constituyen un ambiente fecundo para la formación de cúmulos estelares. Al compararla con una imagen obtenida por el telescopio Blanco (CTIO, Cerro Tololo, Chile), de 4 metros, la imagen generada con el telescopio VLA de NRAO de una capa superpuesta de gas de hidrógeno (en rojo, en el recuadro superior izquierdo) revela la existencia de la presión necesaria para concentrar las moléculas de monóxido de carbono (en amarillo), tal como se observó con ALMA. Estas áreas corresponden a densos núcleos capaces de formar cúmulos como los que hay en la Vía Láctea y otras galaxias grandes. Créditos: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); M. Rubio et al., Universidad de Chile, ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); D. Hunter y A. Schruba, VLA (NRAO/AUI/NSF); P. Massey/ Observatorio Lowell y K. Olsen (NOAO/AURA/NSF). | Descargar imagen

"Las moléculas, y en particular el monóxido de carbono, desempeñan un importante papel en la formación de estrellas", sostiene Rubio. "A medida que las nubes de gas empiezan a colapsar, la temperatura y densidad aumentan, y eso ejerce una fuerza que se opone a la gravedad. Ahí es donde entran en juego estas moléculas y partículas de polvo, que al entrar en colisión absorben parte del calor y lo irradian al espacio en longitudes de onda infrarrojas y submilimétricas". Este efecto de enfriamiento permite a la gravedad mantener el efecto de colapso hasta que se forma una estrella.

Hasta ahora, los astrónomos simplemente no habían logrado detectar cantidades suficientes de este material que explicara la presencia de los nuevos cúmulos estelares que habían observado en WLM y galaxias similares, donde hay muy pocos elementos pesados.

De acuerdo con los últimos hallazgos, la razón por la cual fue tan difícil detectar el monóxido de carbono en las observaciones previas era que, a diferencia de lo que sucede en las galaxias normales, las nubes de WLM son diminutas en comparación con sus envoltorios de gas atómico y molecular.

Para convertirse en fábricas de estrellas viables, las nubes de monóxido de carbono necesitan que estos enormes envoltorios de gas hagan presión sobre ellas hasta que los núcleos de monóxido de carbono adquieran densidad suficiente para formar un cúmulo normal de estrellas.

Vista nocturna del radiotelescopio ALMA

Vista nocturna del radiotelescopio ALMA. Su incomparable sensibilidad y capacidad de resolución le permiten detectar y producir imágenes de la débil luz emitida en longitudes de onda milimétricas por las moléculas en el espacio. Créditos: C. Padilla (NRAO/AUI/NSF) | Descargar imagen

"Al igual que un buzo que se siente comprimido cuando está en el fondo de un abismo, estas aglomeraciones de gas incubadoras de estrellas, están sujetas a una enorme presión aun cuando el océano de gas interestelar circundante es mucho menos denso", explica Bruce Elmegreen, coautor del artículo e investigador del IBM T. J. Watson Research Center de Yorktwon Heights, ubicado en el estado de Nueva York. "Tras descubrir que el monóxido de carbono está confinado en zonas muy concentradas dentro de una gran extensión de gas transicional, finalmente logramos entender los mecanismos que dan origen a los impresionantes cúmulos estelares que vemos hoy en la galaxia".

Los futuros estudios que se realizarán con ALMA también ayudarán a entender las condiciones que propiciaron la formación de cúmulos globulares en el halo de la Vía Láctea. Los astrónomos creen que estos cúmulos mucho más grandes podrían haberse formado originalmente en galaxias enanas y luego haber emigrado hacia el halo tras la dispersión de las galaxias enanas huéspedes.

WLM es una galaxia enana relativamente aislada que se encuentra a cerca de 3 millones de años luz de nosotros, en los confines del Grupo Local: el conjunto de galaxias compuesto por la Vía Láctea, las Nubes Magallánicas, Andrómeda, M33 y docenas de galaxias más pequeñas.

La imagen óptica de la galaxia fue generada por el telescopio de 4 metros Blanco, mientras que los datos obtenidos por ALMA revelaron la presencia de densas nubes de polvo y gas donde se forman estrellas. En la imagen de acercamiento se muestra cómo se vería un grupo de estrellas al interior de una de estas nubes. Créditos: Animación creada por B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); datos ópticos: P. Massey/Observatorio Lowell y K. Olsen (NOAO/AURA/NSF); datos de ALMA: M. Rubio et al., Universidad de Chile, ALMA (NRAO/ESO/NAOJ) | Descargar video

En esta animación se muestra un cúmulo estelar en proceso de formación en la galaxia WLM. La imagen óptica de la galaxia fue generada por el telescopio de 4 metros Blanco, mientras que los datos obtenidos por ALMA revelaron la presencia de densas nubes de polvo y gas donde se forman estrellas. En la imagen de acercamiento se muestra cómo se vería un grupo de estrellas al interior de una de estas nubes. Créditos: Animación creada por B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); datos ópticos: P. Massey/Observatorio Lowell y K. Olsen (NOAO/AURA/NSF); datos de ALMA: M. Rubio et al., Universidad de Chile, ALMA (NRAO/ESO/NAOJ) | Descargar video

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 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.

Notas

[1] El presente estudio es una colaboración entre Mónica Rubio, Universidad de Chile, Santiago; Bruce G. Elmegreen, IBM T.J. Watson Research Center, Yorktown Heights, N.Y., Estados Unidos; Deidre A. Hunter, Observatorio Lowell, Flagstaff, Arizona, Estados Unidos; Elias Brinks, Universidad de Hertfordshire, Reino Unido; Juan R. Cortés, Observatorio ALMA y Observatorio Nacional de Radioastronomía de los Estados Unidos; and Phil Cigan, New Mexico Institute of Mining and Technology, Socorro, Estados Unidos.

[2] Las galaxias irregulares no tienen las formas características de las galaxias elípticas y espirales. Las galaxias enanas irregulares como WLM son cientos de veces más pequeñas que sus hermanas más grandes y contienen apenas unos cientos de millones de estrellas, en vez de decenas de miles de millones. Ahora se sabe que, a pesar de ser pequeñas, algunas de ellas contienen agujeros negros masivos en el centro.

[3] Los cúmulos estelares que se encuentran en nuestra Vía Láctea, así como las Pléyades, están compuestos por cientos de estrellas. Otros, como los cúmulos globulares, pueden contener desde cientos de miles hasta algunos millones de estrellas. Si bien muchas estrellas de la Vía Láctea se formaron originalmente en cúmulos, otras, como el Sol, se alejaron de sus incubadoras estelares y se desplazaron libremente por su galaxia. Las estrellas presentes en los cúmulos más grandes y densos como los que se observaron en WLM se mantienen relativamente cerca unas de otras.

[4] El equipo de APEX fue dirigido por Deidre Hunter en el Observatorio Lowell de Flagstaff (Arizona) y Elías Brinks de la Universidad de Hertfordshire, en el Reino Unido. También formaron parte del equipo Mónica Rubio, Bruce Elmegreen, Andreas Schruba del California Institute of Technology (Pasadena, California) y Celia Verdugo, de la Universidad de Chile.

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