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ALMA observa superincubadoras estelares en el corazón de la galaxia del Escultor

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escult[ALMA] Las galaxias con brotes de formación estelar usan gas para fabricar estrellas a un ritmo vertiginoso: hasta mil veces más rápido que las galaxias espirales como la Vía Láctea. Con el fin de comprender mejor por qué en algunas galaxias se producen estos brotes y en otras no, un equipo internacional  de astrónomos usó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudiar un cúmulo de nubes incubadoras situado en el corazón de NGC 253, una de las galaxias con brotes de formación estelar más cercanas a la Vía Láctea.

"Todas las estrellas se forman en densas nubes de polvo y gas", explica Adam Leroy, astrónomo afiliado anteriormente al Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO), en Charlottesville (Virginia), y que ahora trabaja en la Ohio State University (OSU), en Columbus. "Sin embargo, hasta ahora los científicos tenían dificultades para entender cuáles fenómenos al interior de las galaxias con brotes de formación estelar las distinguían de las demás zonas donde se forman estrellas", agrega.

ALMA ha sido un gran aporte gracias a su capacidad de resolución, que revela las estructuras individuales de formación estelar incluso en sistemas distantes. Leroy y sus colegas hicieron una demostración inicial de esta capacidad al mapear las distribuciones y los movimientos de distintas moléculas de nubes presentes en el núcleo de NGC 253, también conocido como galaxia del Escultor.

150216 ALMA leroy 01¿Cuáles son los ingredientes de un brote de formación estelar? Los astrónomos estudiaron NGC 253 con ALMA para descubrirlo. Estos nuevos datos de ALMA revelaron un envoltorio difuso de gas de monóxido de carbono (representado en rojo) que envuelve las incubadoras, o zonas donde se forman estrellas (en amarillo). Al estudiar estas zonas con ALMA, los astrónomos están descubriendo pistas sobre los procesos y condiciones que determinan los vertiginosos fenómenos de formación estelar. Aquí se superpusieron los datos de ALMA a una imagen del telescopio Hubble que abarca una parte de la misma área. Créditos: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); A. Leroy; STScI/NASA, ST-ECF/ESA, CADC/NRC/CSA


Se trata de una galaxia con forma de disco que presenta actualmente un intenso brote de formación estelar y se encuentra a cerca de 11,5 millones de años luz de la Tierra, una distancia considerablemente corta para una fábrica de estrellas tan activa. Debido a su proximidad, la galaxia del Escultor constituye un excelente objeto de estudio.

"Hay un tipo de galaxia y partes de galaxias, conocidas como brotes de formación estelar, donde sabemos que el gas es simplemente mejor para formar estrellas -señala Leroy-. Para comprender por qué, diseccionamos una de las regiones más cercanas de este tipo, capa por capa, para ver por qué el gas presente en estos lugares es mucho más idóneo para la formación de estrellas".

La resolución y la sensibilidad excepcionales de ALMA permitieron a los investigadores identificar por primera vez diez incubadoras estelares distintas en el núcleo del Escultor, algo extremadamente difícil de lograr hasta ahora debido a que los telescopios confundían las diferentes zonas.

A continuación, el equipo mapeó la distribución de aproximadamente 40 "firmas" de longitudes milimétricas de diferentes moléculas presentes en el centro de la galaxia. Esta etapa fue particularmente importante, puesto que la presencia de determinadas moléculas responde a diferentes condiciones al interior y alrededor de las nubes incubadoras. Por dar un ejemplo, el monóxido de carbono (CO) corresponde a ingentes envoltorios de gas menos denso que envuelve las incubadoras estelares. Otras moléculas como el ácido cianhídrico (HCN) delatan la existencia de densas áreas donde se desarrollan procesos de formación estelar. Y las moléculas más raras como el H13CN y el H13CO+ indican la presencia de regiones aun más densas.

Al comparar la concentración, la distribución y el movimiento de estas moléculas, los investigadores revelaron las distintas capas de las nubes incubadoras de la galaxia del Escultor y descubrieron que son mucho más masivas, diez veces más densas y mucho más turbulentas que otras nubes similares de galaxias inertes como la Vía Láctea.

Estas claras diferencias indican que el ritmo al que una galaxia fabrica estrellas no es determinado solo por la cantidad de incubadoras sino también por el tipo de éstas. Las nubes incubadoras de la galaxia del Escultor son más eficientes que la Vía Láctea en su proceso de formación estelar porque contienen mucho material condensado en un espacio tan reducido. Así, las galaxias con brotes de formación estelar reflejan verdaderos cambios físicos en el proceso de formación de estrellas, y no solo una relación uno a uno entre la cantidad de material disponible y el ritmo al que crean nuevas estrellas.

150216 ALMA leroy 02Imagen de nubes incubadoras de estrellas dentro de NGC 253 producidas por ALMA. La región roja representa el gas de CO de menor densidad presente alrededor de las áreas incubadoras de mayor densidad, representadas en amarillo. Créditos: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (NRAO/ESO/NAOJ), A. Lero

"Estas diferencias inciden considerablemente en la forma en que las galaxias crecen y evolucionan -concluye Leroy-. En última instancia, lo que nos gustaría saber es si las galaxias con brote de formación estelar como Escultor producen estrellas diferentes de las que se forman en galaxias como la Vía Láctea. ALMA nos está acercando mucho más a ese objetivo".

Estos resultados se publicarán en el Astrophysical Journal y se presentarán el 15 de febrero de 2015 en una conferencia de prensa durante un encuentro de la Asociación Estadounidense para el Progreso de la Ciencia (AAAS, en su sigla en inglés) en San José, California.

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