Los astrónomos encuentran la chispa del nacimiento de una estrella a lo largo de miles de millones de años
Los astrónomos han completado el estudio más grande y detallado de lo que desencadena la formación de estrellas en las galaxias más grandes del universo, utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y otros telescopios. Se sorprendieron al descubrir que las condiciones para la concepción estelar en estas galaxias excepcionalmente masivas no han cambiado en los últimos diez mil millones de años.
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| Estas imágenes representan una muestra de cúmulos de galaxias que forman parte del estudio más grande y completo para aprender qué desencadena la formación de estrellas en las galaxias más grandes del universo. Los cúmulos de galaxias son los objetos más grandes del universo que se mantienen unidos por la gravedad y contienen enormes cantidades de gas caliente que se ve en rayos X. Esta investigación, realizada con Chandra y otros telescopios, demostró que las condiciones para la concepción estelar en estas galaxias excepcionalmente masivas no han cambiado en los últimos diez mil millones de años. En estas imágenes, se muestran rayos X de Chandra junto con datos ópticos del Hubble. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/MIT/M. Calzadilla el al.; Óptico: NASA/ESA/STScI; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/N. Wolk y J. Mayor |
"Lo sorprendente aquí es que hay muchas cosas que podrían haber afectado la formación de estrellas durante los últimos diez mil millones de años", dijo Michael Calzadilla del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), quien dirigió el estudio. "Sin embargo, al final, el principal impulsor de la formación de estrellas en estas enormes galaxias realmente se reduce a una cosa: si el gas caliente que las rodea puede enfriarse lo suficientemente rápido".
Los cúmulos de galaxias son los objetos más grandes del universo que se mantienen unidos por la gravedad y contienen enormes cantidades de gas caliente que se ve en rayos X. La masa de este gas caliente es varias veces la masa total de todas las estrellas en los cientos de galaxias que normalmente se encuentran en los cúmulos de galaxias.
Calzadilla y sus colegas estudiaron la clase de galaxias más brillantes y masivas del universo, llamadas galaxias en cúmulo más brillantes, en los centros de 95 cúmulos de galaxias. Los cúmulos de galaxias elegidos son en sí mismos una muestra extrema (los cúmulos más masivos en un gran estudio realizado utilizando el Telescopio del Polo Sur (SPT) con el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Energía de EE. UU.) y están ubicados entre 3,4 y 9,9 mil millones de luz. años de la Tierra.
El equipo descubrió que la formación de estrellas en las galaxias que estudiaron se desencadena cuando la cantidad de movimiento desordenado en el gas caliente (un concepto físico llamado "entropía") cae por debajo de un umbral crítico. Por debajo de este umbral, el gas caliente inevitablemente se enfría para formar nuevas estrellas.
"Es impresionante pensar que un solo número nos dice si se formaron miles de millones de estrellas y planetas en estas enormes galaxias, remontándose a diez mil millones de años", dijo el coautor Michael McDonald, también del MIT.
Si bien se han realizado otros intentos para identificar los impulsores de la formación de estrellas en galaxias tan grandes a lo largo del tiempo cósmico, este estudio es el primero en combinar observaciones ópticas y de rayos X de los centros de los cúmulos en un rango de distancias tan amplio. Esto permite a los investigadores conectar el combustible necesario para la formación de estrellas (el gas caliente detectado con Chandra) con la formación real de las estrellas después de que el gas se enfría, como se ha visto con telescopios ópticos, durante la mayor parte de la historia del universo.
El equipo también utilizó radiotelescopios para estudiar los chorros de material que se disparan desde los agujeros negros supermasivos en estos cúmulos. En un proceso llamado “retroalimentación”, el gas caliente que se enfría para formar estrellas eventualmente alimenta los agujeros negros, lo que genera chorros y otras actividades que calientan y energizan sus alrededores, evitando temporalmente un mayor enfriamiento. Cuando el agujero negro se queda sin combustible, los chorros se apagan y el proceso comienza de nuevo.
"Es como si hubiéramos recopilado diferentes capítulos para el libro sobre la formación de estrellas a lo largo de la mayor parte de la vida del universo", dijo el coautor Brad Benson, de la Universidad de Chicago y Fermilab en Illinois. “En lugar de escribirse con palabras, esta historia se cuenta con rayos X, luz óptica y de radio”.
Un aspecto inesperado de este estudio es que trabajos anteriores habían sugerido que otros factores además del enfriamiento del gas caliente podrían desempeñar un papel más importante en la formación de estrellas en el pasado distante. Hace diez mil millones de años, en un período que los astrónomos llaman “mediodía cósmico”, las colisiones y fusiones de galaxias en cúmulos eran mucho más comunes, las tasas de formación estelar eran generalmente mucho más altas y los agujeros negros supermasivos de la galaxia estaban atrayendo material mucho más rápidamente.
"El tipo de formación estelar que estamos viendo es notablemente consistente, incluso acercándose al mediodía cósmico cuando podría haber sido superado por otros procesos", dijo la coautora Lindsey Bleem del Laboratorio Nacional Argonne en Illinois. "Aunque el universo se veía muy diferente en aquel entonces, el desencadenante de la formación de estrellas en estas galaxias no lo es".
Al estudiar cúmulos relativamente cercanos, investigadores anteriores también han descubierto que se requiere un nivel umbral de desorden en el gas caliente para que se produzca retroalimentación de los agujeros negros supermasivos, en forma de chorros. Este nuevo estudio realizado por el equipo de Calzadilla encontró que el umbral de entropía para la retroalimentación, sin embargo, no se aplica a galaxias en cúmulos más distantes, lo que podría significar que los cúmulos de hace unos diez mil millones de años no están tan bien regulados por la retroalimentación de los agujeros negros. Esto es plausible porque se necesita tiempo para que el gas caliente comience a enfriarse en la galaxia central, y luego más tiempo para que ese gas frío llegue al agujero negro supermasivo de la galaxia central y luego, finalmente, para que se formen chorros y eviten enfriamiento adicional del gas. Sin embargo, también es posible que las señales de radio no den una indicación clara de la actividad de los chorros en estos primeros momentos.
Este resultado se basa en datos de rayos X del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA; datos de radio del SPT, el Australia Telescope Compact Array y el telescopio australiano SKA Pathfinder; datos infrarrojos del satélite WISE de la NASA; y varios telescopios ópticos. Los telescopios ópticos utilizados aquí son el Telescopio Magallanes de 6,5 m, el Telescopio Gemini Sur, el Telescopio Blanco de 4 m (DECam, MOSAIC-II) y el Telescopio Swope de 1 m. Para este resultado se utilizó un total de casi 50 días de observación de Chandra.
Caldazilla presentó estos resultados en la 243ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Nueva Orleans. Además, es el primer autor de un artículo presentado a The Astrophysical Journal sobre este trabajo (preimpresión aquí). El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA gestiona el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.
Contacto con los medios:
Megan Watzke
Centro de rayos X Chandra, Cambridge, Massachusetts
617-496-7998
Jonathan Deal
Centro de vuelos espaciales
Marshall, Huntsville, Alabama
256-544-0034
jonathan.e.deal@nasa.gov
Publicado en Chandra el 11 de enero del 2024, enlace publicación.
