De estallido de formación estelar a fracaso estelar

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 regiones de formación estelar 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 que crecen y evolucionan las galaxias, siendo la formación estelar una tema 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 (Sculptor). 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 el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) los astrónomos han descubierto humeantes columnas de gas denso y frío huyendo desde el centro del disco galáctico.

“Con la extraordinaria resolución y precisión de ALMA, podemos ver claramente, y por primera vez, concentraciones masivas de gas frío expulsadas por ondas expansivas de intensa presión creadas por las estrellas jóvenes” afirma Alberto Bolatto, de la Universidad de Maryland (EE.UU.), autor principal del artículo. “La cantidad de gas que medimos nos proporciona muestras evidentes de que algunas galaxias en crecimiento lanzan más gas del que absorben. Es posible que estemos viendo un ejemplo actual de algo muy común que ocurría en el universo temprano”.

Estos resultados pueden ayudar a explicar por qué los astrónomos han encontrado tan pocas galaxias altamente masivas en el cosmos. Los modelos por ordenador muestran que las galaxias más viejas y rojas deberían tener mucha más masa y más estrellas que lo que observamos actualmente. Al parecer los vientos galácticos o los escapes de gas son tan fuertes que privan a la galaxia del combustible necesario para la formación de la siguiente generación de estrellas [2].

“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 de 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 inical de ALMA con solo 16 antenas. “¡Es emocionante pensar qué podrá mostrarnos ALMA de este tipo de fenómenos con su conjunto completo de 66 antenas!”, añade Walter.

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.

Obtenido de ESO.org

NGC 2392: Un hermoso fin a la vida de una estrella

Las estrellas como el Sol pueden llegar a ser muy fotogénicas al final de su vida. Un buen ejemplo es NGC 2392, que se encuentra a unos 4.200 años luz de la Tierra. NGC 2392, (apodado el "Eskimo Nebula") es lo que los astrónomos llaman una nebulosa planetaria. Esta designación, sin embargo, es engañosa porque nebulosas planetarias en realidad no tienen nada que ver con los planetas. El término no es más que una reliquia histórica, ya que estos objetos parecían discos planetarios a astrónomos de épocas anteriores que buscan a través de pequeños telescopios ópticos.

En cambio, las nebulosas planetarias se forman cuando una estrella consume todo el hidrógeno en su núcleo - un evento nuestro Sol pasará por en unos cinco millones de años. Cuando esto sucede, la estrella comienza a enfriarse y expandirse, el aumento de su radio de decenas a cientos de veces su tamaño original. Con el tiempo, las capas externas de la estrella son arrastradas por un viento a 50.000 kilómetros por hora, dejando atrás un núcleo caliente. Este núcleo caliente tiene una temperatura superficial de unos 50.000 grados centígrados, y está expulsando sus capas exteriores en un viento mucho más rápido de viajar seis millones kilómetros por hora. La radiación de la estrella caliente y la interacción de su viento rápido con el viento lento crea la compleja y filamentosa capa de una nebulosa planetaria. Finalmente, la estrella remanente se colapsará para formar una estrella enana blanca.

Hoy en día, los astrónomos usando telescopios basados ​​en el espacio son capaces de observar nebulosas planetarias como NGC 2392 en la forma en que sus antepasados ​​científicos probablemente nunca podrían imaginar. Esta imagen compuesta de NGC 2392 contiene datos de rayos X de Chandra de la NASA Observatorio de rayos X, de color morado con la ubicación de gas a millones de grados cerca del centro de la nebulosa planetaria. Los datos del Telescopio Espacial Hubble muestra - de color rojo, verde y azul - el intrincado dibujo de las capas externas de la estrella que han sido expulsados. Los filamentos en forma de cometa se forman cuando el viento más rápido y la radiación de la estrella central interactúan con las cáscaras frescas de polvo y gas que ya fueron expulsadas por la estrella.

Las observaciones de NGC 2392 fueron parte de un estudio de tres nebulosas planetarias con gas caliente en su centro. Los datos de Chandra muestran que NGC 2392 tiene inusualmente altos niveles de emisión de rayos X en comparación con los otros dos. Esto lleva a los investigadores a deducir que hay un compañero invisible a la caliente estrella central de NGC 2392. La interacción entre un par de estrellas binarias podría explicar la emisión de rayos-X elevado encontrar allí. Mientras tanto, la emisión de rayos X más débil observado en las otras dos nebulosas planetarias en la muestra - IC 418 y NGC 6826 - es probablemente producido por ondas de choque (como explosiones sónicas) en el viento de la estrella central. Una imagen compuesta de NGC 6826 fue incluida en una galería de nebulosas planetarias lanzado en 2012.

Un artículo que describe estos resultados está disponible en línea y se publicó en el 10 de abril 2013 edición de “The Astrophysical Journal”. El primer autor es Nieves Ruiz del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), en Granada, España, y los otros autores son You-Hua Chu, y Robert Gruendl de la Universidad de Illinois, Urbana, Martín Guerrero del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), en Granada, España, y Ralf Jacob, Detlef Schönberner y Matthias Steffen desde el Leibniz-Institut Für Astrofísica en Potsdam (AIP), Alemania.

Marshall Space Flight Center de la NASA en Huntsville, Alabama, dirige el programa Chandra para el Directorio de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla la ciencia de Chandra y las operaciones de vuelo desde Cambridge, Massachusetts.

Obtenido de NASA.gov (Chandra X-ray observatory)

Un lejano faro revela cómo se alimenta una galaxia

Utilizando el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, un equipo de astrónomos ha localizado una galaxia distante tomando un refrigerio de gas cercano. El gas parece estar cayendo hacia el interior de la galaxia, creando un flujo que alimenta la formación estelar al tiempo que impulsa la rotación de la galaxia. Es la mejor evidencia observacional directa obtenida hasta el momento para apoyar la teoría de que las galaxias atraen y devoran material cercano con el fin de crecer y formar estrellas. Los resultados aparecen en el número del 5 de julio de 2013 de la revista Science.

Los astrónomos siempre han sospechado que las galaxias crecen atrayendo material de su alrededores, pero ha sido muy difícil observar directamente este proceso. El telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO ha sido utilizado para estudiar un extraño alineamiento entre una galaxia distante [1] y un cuásar aún más distante — el núcleo extremadamente brillante de una galaxia alimentado por un agujero negro supermasivo. La luz del cuásar pasa a través del material que rodea a la galaxia (que se encuentra entre nosotros y el cuásar) antes de alcanzar la Tierra, haciendo posible que exploremos en detalle las propiedades del gas que se encuentra en torno a la galaxia [2]. Estos nuevos resultados nos ofrecen la mejor visión obtenida hasta el momento de una galaxia en pleno proceso de “ingesta”.

“Este tipo de alineamiento es muy poco usual y nos ha permitido hacer observaciones únicas”, explica Nicolas Bouché, del Instituto de Investigación de Astrofísica y Planetología (IRAP) en Toulouse (Francia), autor principal del nuevo artículo. “Pudimos utilizar el telescopio VLT de ESO para mirar de cerca tanto la galaxia como el gas que la rodeaba. Esto significa que pudimos abordar un importante problema relacionado con la formación de las galaxias: ¿cómo crecen y cómo se alimenta la formación estelar?”.

Las galaxias agotan rápidamente sus reservas de gas a medida que crean nuevas estrellas, por lo que deben ir reponiéndolo de manera continua con nuevo gas para poder continuar su actividad. La pregunta era ¿de dónde procedía ese gas? Los astrónomos sospechaban que la respuesta a este problema se encontraba en la recolección de gas frío de los alrededores por la atracción gravitatoria de la galaxia. Con este escenario, una galaxia arrastra el gas hacia ella y este circula alrededor de la misma, rotando con la galaxia antes de caer hacia su interior. Aunque ya se habían obtenido antes evidencias de este tipo de acreción, observado en algunas galaxias, hasta ahora no se habían estudiado a fondo tanto el movimiento del gas como otras de sus propiedades.

Los astrónomos utilizaron dos instrumentos conocidos como SINFONI y UVES [3], ambos instalados en el telescopio VLT de ESO en el Observatorio Paranal, en el norte de Chile. Las nuevas observaciones mostraron no solo cómo rotaba la galaxia, sino que también revelaron la composición y el movimiento del gas que se encontraba fuera de la misma.

“Las propiedades de esta ingente cantidad de gas eran exactamente lo que esperábamos encontrar en el caso de que el gas frío estuviera siendo atraído por la galaxia”, afirma el coautor Michael Murphy (Universidad Tecnológica de Swinburne, Melbourne, Australia). “El gas se mueve tal y como suponíamos, tenemos la cantidad esperada y también tiene la composición correcta para encajar perfectamente en los modelos. Imaginen la hora de la comida para los leones de un zoo — esta galaxia en particular tiene un apetito voraz, y hemos descubierto cómo se alimenta para crecer tan rápido”.

Los astrónomos ya han encontrado evidencias de material alrededor de galaxias en el universo temprano, pero esta es la primera vez que han podido mostrar claramente que el material se mueve hacia la galaxia, en lugar de salir de ella, y también la primera vez que pueden determinar la composición de este “combustible” fresco destinado a formar nuevas generaciones de estrellas. La luz del cuásar ha hecho posible la detección del gas del entorno.

“En este caso tuvimos suerte de que el cuásar estuviera justo en el lugar adecuado para que su luz pasara a través del gas que caía hacia la galaxia. La próxima generación de telescopios gigantes, como el E-ELT (European Extremely Large Telescope) permitirá estudios con multiples líneas de visión  por galaxia y proporcionar una visión mucho más completa”, concluye la coautora Crystal Martin (Universidad de California Santa Barbara, EE.UU.).

Notas

[1] Esta galaxia fue detectada en el sondeo “2012 redshift z ~ 2 SINFONI”, denominado SIMPLE (SINFONI Mg II Program for Line Emitters). El cuásar del fondo se llama HE 2243-60 y la galaxia se encuentra a un desplazamiento al rojo de 2,3285 — lo cual significa que lo estamos viendo cuando el universo tenía una edad de tan solo unos dos mil millones de años.

[2] Cuando la luz del cuásar pasa a través de las nubes de gas, algunas longitudes de onda son absorbidas. Los patrones de estas huellas de absorción pueden revelar a los astrónomos mucha información sobre los movimientos y la composición química del gas. Sin el cuásar al fondo se habría obtenido mucha menos información — las nubes de gas no brillan y no son visibles en imagines directas.

[3] SINFONI es un espectrógrafo de campo integral para observar en el infrarrojo cercano (Spectrograph for INtegral Field Observations in the Near Infrared), mientras que UVES es un espectrógrafo Echelle para observar en el óptico y el ultravioleta (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph). Ambos están instalados en el VLT (Very Large Telescope) de ESO. SINFONI reveló los movimientos del gas de la propia galaxia y UVES los efectos del gas que se encontraba en torno a la galaxia gracias a la información proporcionada por la luz proveniente del lejano cuásar.

 Obtenido de ESO.org