Científicos observan por primera vez reacreción de gas en galaxias moribundas

29 Julio, 2021 / Tiempo de lectura: 10 minutes

Un nuevo estudio realizado con datos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) postula que nubes de gas previamente desplazadas pueden volver a acumularse y formar nuevas galaxias mediante acreción, ralentizando de esa forma el proceso de despojo por presión que causa la extinción de las galaxias y creando estructuras únicas más resistentes a dicho fenómeno.

“Gran parte de los estudios anteriores sobre las galaxias sometidas a despojo por presión se centra en el material que pierden las galaxias. En este nuevo estudio, observamos nubes de gas que, en vez de ser expulsadas para siempre de la galaxia, se comportan como un bumerán y regresan a la fuente tras ser eyectadas”, relata William Cramer, astrónomo de la Universidad Estatal de Arizona (EE. UU.) y autor principal del nuevo estudio. “Al combinar datos de altísima definición obtenidos con ALMA y el telescopio Hubble, pudimos demostrar la existencia de este fenómeno”.

El despojo por presión se refiere a un proceso que desplaza el gas de una galaxia y la despoja del material necesario para formar nuevas estrellas. Mientras las galaxias se desplazan a través de sus cúmulos, el gas caliente presente entre ellas, conocido como medio intracúmulo, actúa como una fuerza eólica que expulsa el gas de las galaxias durante su desplazamiento. Con el tiempo, las galaxias van quedándose sin material para alimentarse y “se apagan”, pues dejan de formar estrellas. Puesto que el despojo por presión puede acelerar el ciclo de vida normal de las galaxia y alterar la cantidad de gas molecular que contienen, este fenómeno es de particular interés para los científicos que estudian la vida, la maduración y la extinción de las galaxias.

“Hemos visto en simulaciones que no todo el gas desplazado por efecto del despojo por presión es realmente expulsado de la galaxia, puesto para ello tiene que alcanzar una cierta velocidad que le impida volver a ser absorbido. Creemos que el fenómeno de reacreción que observamos se debe a nubes de gas que fueron desplazadas hacia fuera de la galaxia mediante despojo por presión, pero no alcanzaron dicha velocidad, con lo cual están regresando a la galaxia”, explica Jeff Kenney, astrónomo de la Universidad Yale y coautor del estudio. “Si queremos predecir con qué velocidad una galaxia dejará de formar estrellas y se convertirá en una galaxia roja, o extinta, tenemos que entender cuán eficaz es el efecto de despojo por presión a la hora de extraer su gas. Si ignoramos que el gas puede regresar a la galaxia y reciclarse para seguir formando estrellas, corremos el riesgo de exagerar nuestras predicciones sobre la extinción del proceso de formación estelar. Al demostrar la existencia de este fenómeno, podemos predecir mejor el ciclo de vida de las galaxias”.

El nuevo estudio se centra en la galaxia espiral barrada NGC 4921, la galaxia espiral más grande del cúmulo Coma, ubicado cerca de 230 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de Coma Berenices. NGC 4921 es particularmente interesante para los científicos que estudian los efectos del despojo por presión porque ofrece abundante información tanto sobre el proceso en sí como sobre sus consecuencias.

“El despojo por presión detona la formación estelar en la zona de la galaxia en la que tiene mayor impacto”, afirma William Cramer. “Es fácil identificarlo en NGC 4921 porque se observan muchas estrellas jóvenes y azuladas en la zona donde se produce”.

Jeff Kenney agrega que el despojo por presión en NGC 4921 ha generado una clara línea entre las zonas de la galaxia que todavía contienen polvo y las que carecen de ello. “Hay una clara línea de polvo en la galaxia tras la cual prácticamente ya no se observa gas. Creemos que esa parte de la galaxia ha sido casi completamente limpiada debido a un efecto de despojo por presión”.

Gracias al receptor de Banda 6 de ALMA, los científicos pudieron resolver moléculas de monóxido de carbono, claves para poder “ver” tanto las áreas que carecen de gas como aquellas donde se produce la reacreción. “Sabemos que la mayor parte del gas molecular presente en las galaxias corresponde a hidrógeno, pero es muy difícil observar hidrógeno molecular directamente”, explica William Cramer. “Lo que hacemos es basarnos en el monóxido de carbono para estudiar el gas molecular de las galaxias, porque es mucho más fácil de observar”.

“La posibilidad de observar mejor la galaxia hasta en sus zonas más tenues reveló estructuras interesantes, surgidas probablemente del proceso de desplazamiento del gas, a cuyo efecto son inmunes. “El despojo por presión parece formar estructuras únicas en las galaxias, o filamentos, que nos dan pistas sobre cómo la galaxia evoluciona al verse afectada por estos vientos. En el caso de NGC 4921, dichas estructuras son sorprendentemente similares a los famosos Pilares de la Creación, aunque son muchísimo más grandes”, señala William Cramer. “Creemos que son sustentadas por campos magnéticos que les impiden ser barridas junto con el resto del gas”.

Las observaciones revelaron que estas estructuras no son meros hilos de polvo y gas, sino que tienen masa, y no poca. “Estos filamentos son más pesados y pegajosos –es decir, retienen el material con más fuerza que el resto del medio interestelar de la galaxia–, y parecen estar conectados por esa gran línea de polvo tanto en términos espaciales como de velocidad”, afirma Jeff Kenney. “Se asemejan más a la melaza que al humo. Si soplamos una nube de humo, esta se dispersa en todos los sentidos, porque es muy liviana. Esto es mucho más pesado”.

A pesar de constituir un importante hallazgo, los resultados del estudio son solo el punto de partida para William Cramer y Jeff Kenney, quienes examinaron apenas una pequeña parte de una galaxia. “Para predecir la tasa de mortalidad de las galaxias y la tasa de natalidad de las estrellas tenemos que entender cuánto del material que da origen a las estrellas, al ser sometido al despojo por presión, termina regresando y reciclándose, si es que lo hace”, explica William Cramer. “Estas observaciones abarcan apenas un cuadrante de NGC 4921. Es probable que haya más gas volviendo a fluir hacia otros cuadrantes. Si bien hemos confirmado que parte del gas expulsado puede volver a fluir hacia la galaxia, se necesitan más observaciones para cuantificar ese flujo y calcular cuántas estrellas nuevas pueden formarse a continuación”.

“Es un estudio fascinante, que demuestra la potencia de ALMA y el beneficio de combinar sus observaciones con las de un telescopio que opera en otras longitudes de onda”, agrega Joseph Pesce, Program Officer de NRAO/ALMA en la Fundación Nacional para la Ciencia de Estados Unidos (NSF). “El despojo por presión es un fenómeno importante para las galaxias que conforman cúmulos, y entender el proceso nos permite entender mejor la evolución –y la naturaleza– de las galaxias”.

Información adicional

Los resultados del estudio se presentaron en el artículo “Filamentos de gas molecular y retroceso en la espiral de coma despojada a presión del pistón NGC 4921” ([https://arxiv.org/abs/2107.11731] que se publicará en una próxima edición de The Astrophysical Journal.

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.

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