Spitzer revela formación estelar frenética en galaxias antiguas.

Galaxias StarBurst.

Messier 82.
Crédito: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team
(STScI/AURA).
Acknowledgment: J. Gallagher
(University of Wisconsin),
M. Mountain (STScI) and P. Puxley (NSF).

Una mirada profunda al universo temprano por el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA ha revelado un grupo sorprendentemente ruidoso de galaxias. Dentro de una gran muestra de galaxias observada 1.500 millones de años después del Big Bang, Spitzer presenció alrededor del 15 por ciento de las galaxias sometidas a episodios de creación de estrellas extremos, llamadas estallidos estelares. El descubrimiento sugiere que las explosiones estelares, un raro fenómeno en el cosmos moderno, en realidad fueron relativamente comunes en el pasado y jugaron un papel importante en la creación de las estrellas de nuestro universo.

Por lo general, las galaxias van con un enfoque lento para la creación de estrellas. Durante miles de millones de años, esa producción estelar sin prisa se ha acreditado con la forja de casi todas las estrellas que existen actualmente. Los nuevos hallazgos, sin embargo, muestran galaxias de estallido estelar que generan más de la mitad de las nuevas estrellas totales en la era cósmica en estudio. En el futuro, los astrónomos tendrán que asegurarse de que las teorías de la evolución galáctica puedan explicar estos frenesíes más frecuentes de la fabricación de estrellas.

"Esta investigación muestra por primera vez que las galaxias starburst son mucho más importantes de lo que se pensaba en la historia de formación estelar del universo", dijo Karina Caputi, profesora asociada de la Universidad de Groningen en los Países Bajos. Caputi es el autor principal de un nuevo documento que describe los resultados, publicado el 30 de octubre en The Astrophysical Journal.

"Hemos descubierto una población desconocida de galaxias estelares que podrían cambiar la forma en que pensamos que muchas galaxias hacen crecer a sus estrellas", dijo Karina.

La galaxia de las antenas.
Crédito: ESA /Hubble & NASA.

Caputi y sus colegas examinaron un voluminoso conjunto de datos de casi 6.000 galaxias distantes observadas como parte de Spitzer's Matching Survey del programa UltraVISTA ultra-profundo Stripes (SMUVS). Los científicos buscaron un tipo de luz, llamada H-alfa, emitida por el elemento hidrógeno. Este resplandor marca las regiones donde se han formado nuevos grupos de estrellas a partir del colapso gravitatorio de nubes gigantes de gas y polvo. A lo largo de vastas distancias cósmicas, como los 12 mil millones de años luz hasta las galaxias en el estudio de Caputi, la expansión del universo estira la luz visible, rosada y rojiza de H-alfa en las longitudes de onda infrarrojas vistas por Spitzer. Por lo tanto, los investigadores pueden aprovechar Spitzer como una herramienta valiosa para medir los niveles de formación estelar en el universo temprano.

Las investigaciones anteriores se han centrado principalmente en las explosiones estelares en galaxias con masas elevadas, generalmente seleccionadas a partir de pequeños conjuntos de datos. El catálogo de observaciones que realizó el equipo de Caputi ofreció una imagen más completa, al capturar numerosas galaxias de masa intermedia que también se llenan con los signos de la actividad de estallido estelar. Al hacer que esas galaxias pasaran desapercibidas, aumentamos el porcentaje total de estallidos estelares desde insignificantes a un significativo 15 por ciento, y con ello, más de la mitad del total de estrellas en ese momento en la cronología del universo. "Analizamos una muestra de galaxias mucho más grande y más representativa", dice Caputi.

Galaxia lenticular NGC 1222.
Crédito: ESA/Hubble & NASA.

El desarrollo de una nueva estrella, desde una nube fría y difusa de gas hasta una bola de materia caliente y concentrada, es un proceso que abarca decenas de millones de años. En un momento dado en una galaxia, solo muchas estrellas están pasando por este proceso. Nuestra propia Vía Láctea produce lánguidamente solo alrededor de un Sol de estrellas nuevas cada año. Sin embargo, en una galaxia estelar, esa tasa de creación estelar puede ser cientos de veces más rápida.

Como resultado, aunque sus cantidades difieren, las galaxias de ritmo lento y acelerado finalmente hacen contribuciones similares al presupuesto estelar general. "Parece que hay dos tipos de galaxias que forman estrellas: algunas son más numerosas, pero crecen más lentamente. Los otros son menos numerosos, pero crecen mucho más rápido ", explicó Caputi. "Al final, ambos grupos pueden formar la misma cantidad total de estrellas".

Lo que está causando todas las explosiones estelares sigue siendo un misterio. Las fusiones de galaxias, donde los materiales difusos formadores de estrellas en dos galaxias se mezclan en nubes de gas lo suficientemente densas como para encender la formación de estrellas, son candidatos muy probables. Las interacciones gravitacionales con las galaxias vecinas, o los encuentros con parches de materia poco comunes en las extensiones estériles entre las galaxias, también pueden provocar explosiones estelares.

Observatorio Spitzer.
Crédito: NASA

"Todavía tenemos mucho trabajo por hacer en la comprensión de por qué las galaxias entran en un modo estelar", dice Caputi. "Ahora que tenemos una idea de lo importantes que son estos períodos de actividad furiosa para darnos una cantidad tan grande de las estrellas del universo, estamos muy motivados para llegar al fondo del misterio".

Esta investigación ha sido financiada por el Consejo Europeo de Investigación a través de Consolidator Grant ID 681627-BUILDUP.

El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, Pasadena, California, gestiona la misión del Telescopio Espacial Spitzer para la Dirección de Misión Científica de la NASA, Washington. Las operaciones científicas se llevan a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena. Las operaciones de la nave espacial se basan en Lockheed Martin Space Systems Company, Littleton, Colorado. Los datos se archivan en el Infrared Science Archive, ubicado en el IPAC en Caltech. Caltech maneja el JPL para la NASA.


Gráfico de Starburst.

Gráfico de formación estelar.

Sobre sus historias individuales, se cree que la gran mayoría de las galaxias producen estrellas a tasas relativamente bajas. Este ritmo lento y constante se ha agregado continuamente a la población general de estrellas en las galaxias y, por extensión, en el universo más amplio, como se ilustra a lo largo del eje horizontal/x de este diagrama.

A veces, sin embargo, las galaxias pueden entrar en una fase de estallido estelar, donde producen nuevas estrellas a velocidades cientos de veces más rápidas de lo normal, representadas en el eje vertical/y. Se creía que las galaxias Starburst son una ocurrencia rara. Pero un nuevo estudio que utilizó el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA reveló que en la época 1.500 millones de años después del Big Bang, alrededor del 15 por ciento de las galaxias sufrían estos ataques de estrellas frenéticas más de lo que se había demostrado anteriormente.

Dado el número de galaxias Starburst, el estudio las encuentra responsables de producir más de la mitad de las nuevas estrellas totales en la era cósmica temprana en estudio. Por lo tanto, es probable que las galaxias Starburst desempeñen un papel importante y poco apreciado en la creación de nuestras estrellas de universos.

Crédito

NASA / JPL-Caltech / K. Caputi (Universidad de Groningen)

Publicado en Spitzer el 30 de octubre del 2.017.