De estallido de formación estelar a fracaso estelar

ALMA arroja luz sobre el misterio de las galaxias masivas desparecidas

Nuevas observaciones del telescopio ALMA en Chile han proporcionado a los astrónomos la mejor visión obtenida hasta el momento de cómo puede la fuerte formación estelar arrancar el gas de una galaxia y dejar a las futuras generaciones de estrellas sin el combustible necesario para formarse y crecer. Las impactantes imágenes muestran enormes chorros de gas molecular eyectados por las regiones de formación estelar en la cercana Galaxia del Escultor. Estos nuevos resultados ayudan a explicar la extraña escasez de galaxias muy masivas en el universo. El estudio se publica en la revista Nature el 25 de Julio de 2013.

Las galaxias — sistemas como nuestra Vía Láctea que contienen cientos de miles de millones de estrellas— son las piezas básicas del cosmos. Una de las metas más ambiciosas de la astronomía contemporánea es comprender la forma en la que las galaxias crecen y evolucionan, siendo la formación estelar una de las cuestiones clave: ¿qué determina el número de nuevas estrellas que se formarán en una galaxia?

La Galaxia del Escultor, también conocida como NGC 253, es una galaxia espiral situada en la constelación austral del Escultor (Sculptor). 

 A una distancia de unos 11,5 millones de años luz de nuestro Sistema Solar es uno de nuestros vecinos intergalácticos más próximos, y la galaxia con estallido de formación estelar más cercana [1] visible desde el hemisferio sur. Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) los astrónomos han descubierto humeantes columnas  de gas denso y frío huyendo del centro del disco galáctico.
“Con la extraordinaria resolución y precisión de ALMA, podemos ver claramente, y por primera vez, concentraciones masivas de gas frío expulsadas por ondas expansivas de intensa presión creadas por las estrellas jóvenes” afirma Alberto Bolatto, de la Universidad de Maryland (EE.UU.), autor principal del artículo. “La cantidad de gas que medimos nos proporciona muestras evidentes de que algunas galaxias en crecimiento lanzan más gas del que absorben. Es posible que estemos viendo un ejemplo actual de algo muy común que ocurría en el universo temprano”.
Estos resultados pueden ayudar a explicar por qué los astrónomos han encontrado tan pocas galaxias altamente masivas en el cosmos. Los modelos por ordenador muestran que las galaxias más viejas y rojas deberían tener mucha más masa y más estrellas que lo que observamos actualmente. Al parecer los vientos galácticos o los escapes de gas son tan fuertes que privan a la galaxia del combustible necesario para la formación de la siguiente generación de estrellas [2].
“Estas características trazan un arco que se alinea casi perfectamente con los bordes de los escapes de gas caliente  ionizado observados anteriormente”, señala Fabian Walter, investigador en el Instituto de Astronomía Max Planck (Heidelberg, Alemania), y uno de los coautores del artículo. “Ahora podemos ver, paso a paso, la progresión de cómo el estallido pasa a convertirse en gas escapando”.
Los investigadores han determinado que enormes cantidades de gas molecular — cerca de diez veces la masa de nuestro Sol al año, o posiblemente mucho más — estaba siendo eyectado de la galaxia a velocidades de entre 150.000 y cerca de 1.000.000 de kilómetros por hora [3]. La cantidad total de gas eyectado  sumaría más gas que el que realmente se empleó en la formación de las estrellas de la galaxia en el mismo tiempo. A estos niveles, la galaxia podría quedarse sin gas en tan solo unos 60 millones de años.
“Para mí, este es un ejemplo excelente de cómo la nueva instrumentación da forma al futuro de la astronomía. Hemos estado estudiando la región de estallidos de formación estelar llamada NGC 253 y otras galaxias cercanas con estallidos de formación estelar durante casi diez años. Pero antes de ALMA, no había forma de ver este tipo de detalles” declara Walter. El estudio utiliza una configuración inical de ALMA con solo 16 antenas. “¡Es emocionante pensar qué podrá mostrarnos ALMA de este tipo de fenómenos con su conjunto completo de 66 antenas!”, añade Walter.
Más estudios con el conjunto completo de ALMA nos ayudarán a determinar el destino final del gas expulsado por el viento, lo cual nos revelará si los vientos provocados por los estallidos de formación estelar reciclan el material que forma a las estrellas o realmente se lo arrebatan al entorno.

 Notas

[1] Las galaxias con estallidos de formación estelar (starburst galaxies en inglés) producen estrellas a un ritmo excepcionalmente alto. Dado que NGC 253 es uno de estos objetos extremos más cercano, es un objetivo ideal de estudio para conocer los efectos de este crecimiento frenético en la galaxia que lo alberga.

[2] Observaciones previas han mostrado gas más caliente, pero mucho menos denso,  escapando de la región de formación estelar NGC 253, pero esto, por sí solo, tendría muy poco impacto en el destino de la galaxia y en su capacidad para formar futuras generaciones de estrellas. Los nuevos datos de ALMA muestran el gas molecular, mucho más denso, recibiendo la “patada” inicial que lo alejará de la formación de nuevas estrellas y que lo empuja, barriéndolo junto con el escaso gas caliente, hacia el halo galáctico.

[3] Pese a que las velocidades son muy altas, no lo son lo suficiente como para eyectar el gas de la galaxia. Suele quedar atrapado en el halo galáctico durante muchos millones de años y, finalmente, podría volver a caer sobre el disco, generando nuevos episodios de formación estelar.

ESO