Científicos descubren escurridizo gas escondido a plena vista

Un equipo de astrónomas y astrónomos descubrió que las galaxias post brotes estelares, que ya concluyeron su proceso de formación de estrellas, conocidas como galaxias PSB (post-starbust, por su sigla en inglés, o ‘post brotes estelares’), condensan su gas en vez de expulsarlo, y ahora se pregunta qué les impide seguir produciendo estrellas.

Los científicos descubrieron que las galaxias post brotes estelares (PSB, en su sigla en inglés) que estudiaron no se comportaban como esperaban. Se creía que las galaxias PSB se despojaban de su gas hasta quedar inertes, pero las nuevas observaciones revelaron que estas galaxias en realidad conservan su gas y lo compactan cerca de su centro. La galaxia PSB 0379.579.51789 es la excepción del estudio. En este caso, los datos de radio superpuestos a las imágenes ópticas obtenidas con el telescopio espacial Hubble revelaron que si bien la galaxia conservaba el gas necesario para producir estrellas, este se encontraba fuera de su centro. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Se creía que las galaxias PSB agotan a gran velocidad y en violentas erupciones de energía todo el polvo y gas necesario para fabricar estrellas. Los nuevos datos obtenidos por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) revelaron que, en realidad, estas galaxias no se despojan de todo su combustible, sino que entran en un letargo en el que conservan y comprimen grandes cantidades de gas ultraconcentrado y turbulento. No obstante, al contrario de lo que se esperaría, tampoco lo usan para dar nacimiento a nuevas estrellas.

Si bien los científicos consideran que en la mayoría de las galaxias el gas se distribuye de forma similar a la luz estelar, hay galaxias en que se da un fenómeno distinto. Las galaxias PSB son diferentes de las demás galaxias porque nacieron como consecuencia de violentas colisiones –o fusiones– entre galaxias preexistentes. Y mientras que las fusiones galácticas suelen causar enormes brotes de formación estelar, en las galaxias PSB estos brotes se ralentizan y prácticamente se detienen tan pronto como empiezan. De ahí que los científicos creyeran que el combustible necesario para formar estrellas terminaba casi por agotarse en estas fábricas de estrellas. Hasta ahora, se creía que los gases moleculares quedaban esparcidos en radios muy superiores a las galaxias, ya fuera mediante procesos estelares o por influencia de agujeros negros. Los nuevos resultados obtenidos con ALMA ponen en tela de juicio esta teoría.

“Hace ya algún tiempo que sabemos que quedan grandes cantidades de gas molecular cerca de las galaxias PSB, pero no habíamos logrado determinar dónde, lo cual nos había impedido entender por qué estas galaxias dejan de producir estrellas. Ahora descubrimos una cantidad considerable de gas remanente dentro de las galaxias, y sabemos que ese gas es muy compacto”, señala Adam Smercina, astrónomo de la Universidad de Washington e investigador principal del estudio. “Este gas tan compacto debería estar formando estrellas de manera muy eficiente, pero no lo hace. De hecho, tiene menos de un 10 % de la eficiencia que se esperaría de este tipo de gas”.

Además de ser lo suficientemente compacto como para producir estrellas, el gas de las galaxias apagadas (o inertes) que se observaron les tenía otra sorpresa a los investigadores: muchas veces se encontraba en el centro de la galaxia –aunque no siempre– y era sorprendentemente turbulento. Juntas, estas dos características trajeron más preguntas que respuestas a los investigadores.

“Las tasas de formación estelar en las galaxias PSB son muy inferiores a las de otras galaxias, pese a tener, en apariencia, todo el combustible necesario para alimentar el proceso”, prosigue Adam Smercina. “En este caso, la formación de estrellas puede estar siendo inhibida por la turbulencia del gas, como cuando un viento fuerte apaga una llama. Sin embargo, el proceso de formación estelar también puede verse impulsado por la turbulencia, como cuando el viento atiza el fuego, así que todavía queda por entender la causa de esta energía turbulenta y la forma en que esta contribuye a este estado de inercia”.

Se creía que las galaxias post brotes estelares expulsaban todo su gas molecular, un fenómeno que terminaba deteniendo su fábrica de estrellas. Las nuevas observaciones revelaron que estas galaxias en realidad conservan y condensan el gas cerca de su centro, y ya no lo usan para producir estrellas. En este caso, los datos de radio de la galaxia PSB 0570.537.52266 superpuestos a las imágenes ópticas del telescopio espacial Hubble muestran una densa concentración de gas cerca del centro de la galaxia. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Decker French, astrónoma de la Universidad de Illinois, EE.UU., y coautora del artículo de investigación, agrega: “Estos resultados nos hacen preguntarnos qué fuentes de energía están causando turbulencia en estas galaxias e impidiendo que nazcan nuevas estrellas en el gas. Una posibilidad es la energía emanada del disco de acreción de los agujeros negros supermasivos presentes en ellas”.

Es fundamental explicar bien los procesos subyacentes a la formación de estrellas y galaxias para entender el Universo y el lugar que ocupamos en él. El hallazgo de gas compacto y turbulento en galaxias inertes proporciona a los investigadores una nueva pista para dilucidar el misterio de la vida, evolución y extinción de distintas galaxias en el transcurso de miles de millones de años. Para ello se requieren nuevas observaciones con el receptor de 1,3 mm de ALMA, que permite ver con excepcional claridad objetos invisibles para otros instrumentos.

J. D. Smith, astrónomo de la Universidad de Toledo y coautor del estudio, afirma: “Hay muchas cosas que no entendemos de la evolución de una galaxia típica, y la transición de una vida activa de formación estelar a un estado de inercia es uno de los períodos menos comprendidos. Estas galaxias PSB abundaban en el Universo primitivo, pero ahora son muy escasas. Esto significa que los ejemplares más cercanos siguen estando a cientos de millones de años luz de nosotros, y prefiguran el posible resultado de una colisión, o fusión, entre la Vía Láctea y la galaxia Andrómeda dentro de varios miles de millones de años. Solo la increíble capacidad de resolución de ALMA nos permite ver en detalle los depósitos moleculares remanentes después del ocaso”.

Adam Smercina agrega: “Muchas veces los astrónomos intuimos las respuestas a nuestras propias preguntas antes de hacer las observaciones correspondientes, pero esta vez descubrimos algo totalmente inesperado sobre el Universo”.

Información adicional

Los resultados de estas observaciones se publicaron en un artículo titulado «Después de la Caída: Resolviendo el Gas Molecular en las Galaxias Posteriores al Brote Estelar» [«After The Fall: Resolving the Molecular Gas in Post-Starburst Galaxies»] en la revista The Astrophysical Journal, enlace artículo

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 Fotógrafo embajador de ESO Babak Tafreshi, captó esta impresionante imagen de las antenas del conjunto ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), con el esplendor de la Vía Láctea como fondo. La riqueza del cielo en esta imagen atestigua las insuperables condiciones para la astronomía que ofrece el llano de Chajnantor, un área de la región chilena de Atacama ubicada a 5.000 metros de altitud. En esta imagen podemos ver las constelaciones de Carina (La Quilla) y Vela (La Vela). La nubes de polvo de la Vía Láctea, oscuras y tenues, cruzan la imagen desde la parte superior izquierda hacia la parte inferior derecha. La brillante estrella naranja, arriba a la izquierda, es Suhail, en Vela, mientras que la estrella, también anaranjada, que hay en la parte superior (hacia el centro) es Avior, en Carina. De las tres estrellas brillantes azules que forman la “L” cerca de estas estrellas, las dos de la izquierda pertenecen a Vela, y la de la derecha a Carina. Y exactamente en el centro de la imagen, bajo estas estrellas, resplandece con incandescencia rosada la Nebulosa de Carina (eso1208). ESO, el socio europeo de ALMA, proporciona 25 de las 66 antenas que formarán el telescopio completo. Las dos antenas más cercanas a la cámara, en las cuales el observador puede ver las inscripciones “DA-43” y “DA-41”, son dos de estas antenas europeas. La construcción de todo el conjunto de ALMA se completará en el año 2013, pero el telescopio ya está llevando a cabo observaciones científicas con una parte del conjunto de antenas. Babak Tafreshi es fundador de The World At Night (El mundo de noche), un programa  para crear y exhibir una colección de imágenes y vídeos de time-lapse impactantes de los lugares más hermosos e históricos del mundo durante la noche, con estrellas, planetas y objetos celestes como fondo. El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una colaboración entre Europa, América del Norte y Asia Oriental  en cooperación con la República de Chile. La construcción y operaciones de ALMA en Europa están lideradas por ESO; en América del Norte por el National Radio Astronomy Observatory (NRAO), y en Asia Oriental por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Joint ALMA Observatory (JAO) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operación de ALMA. Crédito: ESO/B. Tafreshi (twanight.org)

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.

Enlaces de interés

• Artículo científico
• ALMA observa un monstruo imparable en el Universo primitivo
• ALMA detecta galaxias en colisión en comienzos del Universo

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• Publicado en ALMA el 25 de abril del 2022, enlace publicación.