Cartógrafos cósmicos revelan la diversidad de galaxias con formación estelar en el universo cercano

Un equipo de astrónomos utilizó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para completar el primer censo de nubes moleculares en el Universo cercano, revelando que, en contra de la opinión científica anterior, estos viveros estelares no tienen todos el mismo aspecto ni actúan igual. De hecho, son tan diversos como las personas, los hogares, los barrios y las regiones que componen nuestro propio mundo.

Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), los científicos completaron un censo de casi 100 galaxias en el universo cercano, mostrando sus comportamientos y apariencias. Los científicos compararon los datos de ALMA con los del Telescopio Espacial Hubble, que se muestran en una composición aquí. El estudio concluyó que, en contra de la opinión científica popular, las guarderías estelares no tienen todas el mismo aspecto ni actúan igual. De hecho, como se muestra aquí, son tan diferentes como los barrios, las ciudades, las regiones y los países que componen nuestro propio mundo. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/PHANGS, S. Dagnello (NRAO)

Las estrellas se forman a partir de nubes de polvo y gas llamadas nubes moleculares, o viveros estelares. Cada guardería estelar en el universo puede formar miles o incluso decenas de miles de nuevas estrellas durante su vida. Entre 2013 y 2019, los astrónomos del proyecto PHANGS (Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS) llevaron a cabo el primer estudio sistemático de 100.000 guarderías estelares en 90 galaxias del Universo cercano para comprender mejor cómo se conectan con sus galaxias madre.

Esta semana se presentarán diez artículos sobre los resultados del estudio PHANGS en la 238ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana.

“Solíamos pensar que las guarderías estelares de todas las galaxias debían ser más o menos iguales, pero este estudio ha revelado que no es así, y que las guarderías estelares cambian de un lugar a otro”, dijo Adam Leroy, de la Universidad Estatal de Ohio, autor principal del artículo que presenta el estudio PHANGS de ALMA. “Esta es la primera vez que hemos tomado imágenes en ondas milimétricas de muchas galaxias cercanas que tienen la misma nitidez y calidad que las imágenes ópticas. Y mientras que las imágenes ópticas nos muestran la luz de las estrellas, estas nuevas y revolucionarias imágenes nos muestran las nubes moleculares que forman esas estrellas”.

Los científicos compararon estos cambios con el modo en que las personas, las casas, los barrios y las ciudades presentan características similares pero cambian de una región a otra y de un país a otro.

Mostrada aquí como un compuesto ALMA (naranja / rojo) con datos del Telescopio Espacial Hubble (HST), NGC4254 estaba entre las casi 100 galaxias incluidas en el reciente censo del proyecto PHANGS de galaxias en el Universo cercano. La encuesta encontró que los viveros estelares dentro de estas galaxias varían ampliamente en apariencia y comportamiento, y que estas características dependen en gran medida de dónde se encuentran los viveros estelares. NGC4254 es un ejemplo de una galaxia que presenta una morfología de tipo M. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / PHANGS, S. Dagnello (NRAO)

“Para entender cómo se forman las estrellas, tenemos que relacionar el nacimiento de una sola de ellas con su lugar en el universo. Es como relacionar a una persona con su casa, su barrio, su ciudad y su región. Si una galaxia representa una ciudad, entonces el barrio es el brazo espiral, la casa la unidad de formación estelar, y las galaxias cercanas son ciudades vecinas en la región”, dijo Eva Schinnerer, del Instituto Max Planck de Astronomía e investigadora principal de la colaboración PHANGS. “Estas observaciones nos han enseñado que el ‘barrio’ tiene efectos pequeños pero pronunciados sobre dónde y cuántas estrellas nacen”.

Para comprender mejor la formación estelar en diferentes tipos de galaxias, el equipo observó las similitudes y diferencias en las propiedades del gas molecular y los procesos de formación estelar de los discos de galaxias, las barras estelares, los brazos espirales y los centros de galaxias. Confirmaron que la ubicación, o vecindad, desempeña un papel fundamental en la formación estelar.

“Al cartografiar diferentes tipos de galaxias y la diversa gama de entornos que existen dentro de las galaxias, estamos trazando toda la gama de condiciones en las que viven las nubes de gas formadoras de estrellas en el universo actual. Esto nos permite medir el impacto que muchas variables diferentes tienen en la forma en que se produce la formación de estrellas”, dijo Guillermo Blanc, astrónomo del observatorio Las Campanas de la Carnegie Institution for Science y coautor de la investigación.

“Cómo se forman las estrellas, y cómo su galaxia afecta a ese proceso, son aspectos fundamentales de la astrofísica”, dijo Joseph Pesce, responsable del programa de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos para NRAO/ALMA. “El proyecto PHANGS utiliza el exquisito poder de observación del observatorio ALMA y ha proporcionado una notable visión de la historia de la formación estelar de una manera nueva y diferente”.

NGC4535 es una galaxia en el Universo cercano que presenta una espiral en su diseño amplío más una morfología de barra estelar. Fue catalogada junto con casi otras 100 galaxias durante un censo reciente del proyecto PHANGS. El censo reveló que, contrariamente a la teoría científica comúnmente aceptada, no todos los viveros estelares se ven o actúan de la misma manera. De hecho, son bastante diversos. NGC4535 se muestra aquí como un compuesto de ALMA (naranja / rojo) con datos del Telescopio Espacial Hubble (HST). Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / PHANGS, S. Dagnello (NRAO)

Annie Hughes, del L’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, señaló que esta es la primera vez que los científicos tienen una instantánea de cómo son realmente las nubes de formación estelar en una gama tan amplia de galaxias diferentes. Y añadió que “descubrimos que las propiedades de las nubes de formación estelar dependen de su ubicación: las nubes situadas en las densas regiones centrales de las galaxias tienden a ser más masivas, más densas y más turbulentas que las nubes que residen en las tranquilas afueras de una galaxia. El ciclo de vida de las nubes también depende de su entorno. La rapidez con la que una nube forma estrellas y el proceso que finalmente la destruye parecen depender del lugar dónde vive la nube”.

No es la primera vez que se observan guarderías estelares en otras galaxias utilizando ALMA, pero casi todos los estudios anteriores se centraron en galaxias individuales o en parte de ellas. Durante un período de cinco años, PHANGS reunió una visión completa de la población cercana de galaxias. 

“El proyecto PHANGS es una nueva forma de cartografía cósmica que nos permite ver la diversidad de galaxias bajo una nueva luz, literalmente. Por fin estamos viendo la diversidad del gas formador de estrellas en muchas galaxias y podemos entender cómo están cambiando con el tiempo. Antes de ALMA era imposible hacer estos mapas tan detallados”, afirma el coautor Erik Rosolowsky, de la Universidad de Alberta, y coautor de la investigación. “Este nuevo atlas contiene 90 de los mejores mapas jamás realizados que revelan dónde se va a formar la próxima generación de estrellas”.

Para el equipo, el nuevo atlas no significa el final del camino. Aunque el estudio ha respondido a preguntas sobre qué y dónde, ha planteado otras. Leroy concluyó: “Aunque ahora sabemos que las guarderías estelares varían de un lugar a otro, todavía no sabemos por qué o cómo estas variaciones afectan a las estrellas y planetas formados. Son preguntas que esperamos responder en un futuro próximo”.

Información Adicional

Los resultados de esta investigación fueron incluidos en «PHANGS-ALMA: imagen de arcosegundo de CO(2-1) de galaxias cercanas incubadoras de estrellas» («PHANGS–ALMA: Arcsecond CO(2–1) Imaging of Nearby Star-Forming Galaxies”) de Leroy et al. aceptado para su publicación en ApJS y presentados esta semana en el 238º Encuentro de la Sociedad Americana de Astronomía.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Radioastronómico Nacional de los Estados Unidos (NRAO), socio de ALMA en nombre de América del Norte.

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).

El brillante cielo que vemos sobre la meseta chilena de Chajnantor está cortado en dos por la vasta y vibrante onda de la Vía Láctea. Aquí, en el hemisferio sur, muy a menudo vemos el impresionante y rico centro de nuestra galaxia justo sobre nuestras cabezas, pudiendo contemplar cómo su brillo nuboso se extiende de horizonte a horizonte. Bajo su resplandor, un grupo de antenas blancas estudia las profundidades del cielo, iluminado por una brillante luz amarilla que indica a los técnicos si es seguro o no acercarse. Estos telescopios forman parte del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un interferómetro gigante compuesto por 66 antenas individuales. Estas antenas trabajan juntas a distancias de hasta 16 kilómetros entre ellas para estudiar el universo con gran nivel de detalle. ALMA está diseñado para "ver" la luz invisible al ojo humano, a longitudes de onda de alrededor de un milímetro, entre la luz infrarroja y las ondas de radio. Esa luz proviene de los lugares más fríos y distantes del universo (como vastas nubes de gas y polvo en el espacio interestelar) y de las galaxias más antiguas, lo que permite a ALMA explorar cómo se forman y evolucionan las estrellas y los planetas. Aunque estas longitudes de onda pueden revelar objetos y procesos nunca vistos antes, la astronomía (sub)milimétrica tiene sus dificultades. Esta luz es fuertemente absorbida por el vapor de agua que hay en la atmósfera de la Tierra, y por lo tanto lucha por llegar hasta la superficie. Para hacer este tipo de astronomía, los telescopios deben construirse en sitios muy altos y secos, por eso la meseta de Chajnantor, situada a una altitud de más de 5000 metros, en los Andes chilenos, es un lugar ideal para ALMA. Crédito: Y. Beletsky (LCO)/ESO.

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.

Enlaces de interés:

• Artículo científico
• ¿Qué revelan 100.000 fábricas de estrellas en 74 galaxias sobre formación estelar en el Universo?

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• Publicado en ALMA el 9 de junio del 2021, enlace publicación.