ALMA arroja luz sobre el misterio de las galaxias masivas desaparecidas

24 julio, 2013

Nuevas observaciones del telescopio ALMA en Chile han proporcionado a los astrónomos la mejor visión obtenida hasta el momento de cómo la fuerte formación estelar puede arrancar el gas de una galaxia y dejar a las futuras generaciones de estrellas sin el combustible necesario para formarse y crecer. Las impactantes imágenes muestran enormes chorros de gas molecular eyectados por las zonas de formación de estrellas en la cercana Galaxia del Escultor. Estos nuevos resultados ayudan a explicar la extraña escasez de galaxias muy masivas en el Universo. El estudio se publica en la revista Nature el 25 de julio de 2013.

Las galaxias — sistemas como nuestra Vía Láctea que contienen cientos de miles de millones de estrellas— son las piezas básicas del cosmos. Una de las metas más ambiciosas de la astronomía contemporánea es comprender la forma en la que las galaxias crecen y evolucionan, siendo la formación estelar una de las cuestiones clave: ¿qué determina el número de nuevas estrellas que se formarán en una galaxia?

La Galaxia del Escultor, también conocida como NGC 253, es una galaxia espiral situada en la constelación austral del Escultor. A una distancia de unos 11,5 millones de años luz de nuestro Sistema Solar es uno de nuestros vecinos intergalácticos más próximos, y la galaxia con estallido de formación estelar más cercana [1] visible desde el hemisferio sur. Utilizando ALMA, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, los astrónomos han descubierto humeantes columnas de gas denso y frío huyendo del centro del disco galáctico.

«Con la extraordinaria resolución y sensibilidad de ALMA, podemos ver claramente y por primera vez, concentraciones masivas de gas frío siendo expulsado por ondas expansivas de intensa presión creadas por estrellas jóvenes» afirma Alberto Bolatto, de la Universidad de Maryland (EE.UU.) y autor principal del artículo. «La cantidad de gas nos proporciona muestras evidentes de que algunas galaxias en crecimiento expulsan más gas del que absorben. Es posible que estemos viendo un ejemplo actual de un fenómeno muy común que ocurría en el Universo temprano».

Estos resultados podrían explicar por qué los astrónomos han encontrado tan pocas galaxias de gran masa en el cosmos. Según los modelos informáticos, las galaxias más antiguas y rojas deberían tener mucho más masa y estrellas que lo que observamos actualmente. Esta diferencia podría explicarse por la presencia de vientos galácticos o escapes de gas que despojaría a la galaxia del material necesario para formar nuevas estrellas [2].

Los nuevos datos recabados por ALMA revelaron la presencia de gas mucho más denso que obtiene su impulso inicial de la formación de nuevas estrellas y luego es expulsado junto con el gas fino y caliente hacia el halo galáctico. «Estas características trazan un arco que se alinea casi perfectamente con los bordes de los escapes de gas caliente ionizado observados anteriormente», señala Fabian Walter, investigador en el Instituto de Astronomía Max Planck (Heidelberg, Alemania), y uno de los coautores del artículo. «Ahora podemos ver, paso a paso, la progresión de cómo el estallido pasa a convertirse en gas escapando».

Los investigadores han determinado que enormes cantidades de gas molecular — cerca de diez veces la masa de nuestro Sol al año, o posiblemente mucho más — estaba siendo eyectado de la galaxia a velocidades de entre 150.000 y cerca de 1.000.000 kilómetros por hora [3]. La cantidad total de gas eyectado sumaría más gas que el que realmente se empleó en la formación de las estrellas de la galaxia en el mismo tiempo. A estos niveles, la galaxia podría quedarse sin gas en tan solo unos 60 millones de años.

«Para mí, este es un ejemplo excelente de cómo la nueva instrumentación da forma al futuro de la astronomía. Hemos estado estudiando la región de estallidos de formación estelar llamada NGC 253 y otras galaxias cercanas con estallidos de formación estelar durante casi diez años. Pero antes de ALMA no había forma de ver este tipo de detalles», declara Walter. El estudio utiliza una configuración inicial de solo 16 antenas. «Estos espectaculares resultados dan una idea del poder real que tendrá ALMA una vez que esté operando a plena capacidad», señala con entusiasmo el Director de ALMA, Pierre Cox.

Más estudios con el conjunto completo de ALMA nos ayudarán a determinar el destino final del gas expulsado por el viento, lo cual nos revelará si los vientos provocados por los estallidos de formación estelar reciclan el material que forma a las estrellas o realmente se lo arrebatan al entorno.

Notas

[1] Las galaxias con estallidos de formación estelar (starburst galaxies en inglés) producen estrellas a un ritmo excepcionalmente alto. Dado que NGC 253 es uno de estos objetos extremos más cercano, es un objetivo ideal de estudio para conocer los efectos de este crecimiento frenético en la galaxia que lo alberga.

[2] Observaciones previas han mostrado gas más caliente, pero mucho menos denso, escapando de la región de formación estelar NGC 253, pero esto, por sí solo, tendría muy poco impacto en el destino de la galaxia y en su capacidad para formar futuras generaciones de estrellas. Los nuevos datos de ALMA muestran el gas molecular, mucho más denso, recibiendo la “patada” inicial que lo alejará de la formación de nuevas estrellas y que lo empuja, barriéndolo junto con el escaso gas caliente, hacia el halo galáctico.

[3] Pese a que las velocidades son muy altas, no lo son lo suficiente como para eyectar el gas de la galaxia. Suele quedar atrapado en el halo galáctico durante muchos millones de años y, finalmente, podría volver a caer sobre el disco, generando nuevos episodios de formación estelar.

Información adicional

Esta investigción se presenta en el artículo The Starburst-Driven Molecular Wind in NGC 253 and the Suppression of Star Formation, por Alberto D. Bolatto et al., que aparece en la revista Nature el 25 de julio de 2013.

El equipo está compuesto por A. D. Bolatto (Departamento de Astronomía, Laboratorio de Astronomía Milimétrica y Joint Space Institute, Universidad de Maryland, EE.UU.), S. R. Warren (Universidad de Maryland), A. K. Leroy (Observatorio Nacional de Radioastronomía, Charlottesville, EE.UU.), F. Walter (Instituto Max-Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania), S. Veilleux (Universidad de Maryland), E. C. Ostriker (Departamento de Ciencias Astrofísicas, Universidad de Princeton, EE.UU.), J. Ott (Observatorio Nacional de Radioastronomía, Nuevo México, EE.UU.), M. Zwaan (Observatorio Europeo Austral, Garching, Alemania), D. B. Fisher (Universidad de Maryland), A. Weiss (Instituto Max-Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania), E. Rosolowsky (Departamento de Física, Universidad de Alberta, Canadá) y J. Hodge (Instituto Max-Planck de Astronomía, Heidelberg, 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 Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), 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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