Detectado por primera vez un ingenioso «truco cósmico» para «cocinar estrellas» como si fueran pudines de Navidad
Los astrónomos han descubierto por primera vez el ingrediente que faltaba para «fabricar» estrellas de la misma manera que se cuece el popular pudin de Navidad.
Por Enrique Coperías
Los científicos han encontrado evidencia de campos magnéticos asociados con un disco de gas y polvo de unos pocos cientos de años luz de diámetro en las profundidades de un sistema de dos galaxias en fusión conocido como Arp220 (en la imagen). Cortesía: NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScl/AURA), ESA, Hubble Collaboration, and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)
Un equipo de astrónomos ha identificado por primera vez el elemento clave que faltaba para entender la formación de estrellas, y lo han comparado con la preparación el pudin de Navidad, un postre tradicional de las fiestas navideñas que conserva su popularidad en la cocina de Gran Bretaña e Irlanda. Un momento clave en su elaboración es cuando los ingredientes, tras ser preparados, se colocan en una olla grande con agua caliente y se cocinan al vapor durante 4-6 horas.
Así como una olla a presión utiliza un peso en su tapa para mantener la presión y garantizar un postre denso y húmedo, las galaxias en colisión podrían requerir campos magnéticos para generar las condiciones óptimas para el nacimiento de estrellas.
Hasta ahora, la existencia de esta fuerza había sido únicamente teórica, pero nunca confirmada mediante observación directa.
En la constelación de la Serpiente
Un equipo internacional de científicos, liderado por el David Clements, astrofísico del Imperial College de Londres, en el Reino UNido, ha encontrado evidencias de campos magnéticos en un disco de gas y polvo de unos cientos de años luz de diámetro, situado en el interior de un sistema de galaxias en fusión conocido como Arp220.
Arp 220 es una galaxia peculiar y una de las más luminosas del universo cercano, ubicada a unos 250 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de la Serpiente. Clasificada como una galaxia infrarroja ultraluminosa (ULIRG, por sus siglas en inglés), Arp 220 es el resultado de la colisión y fusión de dos galaxias espirales. Este proceso ha desencadenado una intensa actividad de formación estelar, conocida como un starburst, y una concentración masiva de polvo y gas en su núcleo.
La galaxia es notable por emitir gran parte de su energía en el rango del infrarrojo, debido al calentamiento del polvo por la radiación de las estrellas jóvenes y masivas que se forman en su interior. El núcleo de Arp 220 alberga dos regiones compactas y brillantes que representan los núcleos originales de las galaxias en colisión. Estas regiones están separadas por aproximadamente 1.200 años luz y están envueltas en densas nubes de gas y polvo, lo que dificulta la observación en el espectro visible.
Los astrónomos han echado mano de una metáfora culinaria para ilustrar el papel que juegan los campos magnético en la formación de estrellas. En concreto, eligieron la cocción del famoso pudin de Navidad. Cortesía: Raymond Blanc
Un paritorio de estrellas
Según los investigadores, los citados campos magnéticos del disco de gas y polvo en Arp 220 podrían ser fundamentales para transformar los centros de galaxias en interacción en fábricas de estrellas jóvenes, alimentadas por grandes reservas de gas hidrógeno. Los campos magnéticos actúan como reguladores, ya que evitan que las explosivas ráfagas de formación estelar en los núcleos galácticos se evaporen debido a temperaturas extremas.
Este importante descubrimiento ha sido publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
«Esta es la primera vez que encontramos evidencia de campos magnéticos en el núcleo de una fusión,», confiesa Clements, que hace hincapié en que este hallazgo marca un punto de partida en la comprensión de estos fenómenos. El siguiente paso será desarrollar mejores modelos y explorar qué está sucediendo en otras fusiones de galaxias, comenta Clements en la nota de prensa facilitada por la Royal Society Astronomy de Londres.
Para ilustrar el papel de los campos magnéticos en la formación de estrellas, Clements echó mano de una metáfora culinaria.
“Si quieres cocinar muchas estrellas, como si fueran budines de Navidad, en un período de tiempo corto, necesitas concentrar mucho gas, que serían los ingredientes, en un espacio reducido. Esto es lo que observamos en los núcleos de las fusiones. Sin embargo, a medida que el calor generado por las estrellas jóvenes, o tu cocina, aumenta, el gas puede escapar y dispersarse, como una mezcla de budín derramándose”
Para evitar esta dispersión, según Clements, se requiere algo que mantenga todo contenido, como un campo magnético, en el caso de una galaxia: o la tapa y el peso de una olla a presión, en la cocina.
Durante mucho tiempo, los astrónomos han buscado este ingrediente mágico que permite a algunas galaxias formar estrellas de manera excepcionalmente eficiente. Las fusiones galácticas, en particular, presentan un desafío especial: aunque son conocidas por formar estrellas de manera rápida y masiva en lo que se conoce como un estallido estelar, estas galaxias muestran un comportamiento inusual en comparación con otras galaxias formadoras de estrellas.
Su tasa de conversión de gas en estrellas parece ser mucho más alta, lo que desconcierta a los científicos. Este descubrimiento sobre el papel potencial de los campos magnéticos podría ofrecer una clave para resolver este enigma, pero aún queda mucho por explorar y entender en este fascinante ámbito de la astrofísica.
Imagen de la galaxia Arp 220 captada por el telescopio espacial Hubble. Cortesía: NASA, ESA, and C. Wilson (McMaster University, Hamilton, Ontario, Canada)
Una hipótesis intrigante es que los campos magnéticos actúan como una fuerza vinculante que ayuda a mantener el gas de formación estelar concentrado durante más tiempo. Esta fuerza adicional podría contrarrestar la tendencia del gas a expandirse y disiparse bajo el calor generado por estrellas jóvenes y masivas, o por la explosión de supernovas al final de la vida de estas estrellas.
Aunque los modelos teóricos ya habían sugerido esta posibilidad, las nuevas observaciones representan la primera evidencia concreta de campos magnéticos en acción en una galaxia, en este caso, en Arp 220. Para lograrlo, los investigadores emplearon el Conjunto Submilimétrico (SMA) de Maunakea, en Hawái, un instrumento diseñado para capturar imágenes de luz en longitudes de onda cercanas a un milímetro.
Estas longitudes de onda, situadas en el límite entre el infrarrojo y las ondas de radio, permiten observar fenómenos astronómicos que de otro modo serían invisibles, como agujeros negros supermasivos y procesos de formación estelar y planetaria.
Un laboratorio único para estudiar los campos magnéticos
Arp 220, por su parte, es uno de los objetos más brillantes en el infrarrojo lejano en el cielo extragaláctico. Esta galaxia infrarroja ultraluminosa es el producto de la colisión y fusión de dos galaxias espirales ricas en gas, un evento catastrófico que ha desencadenado una intensa actividad de formación de estrellas, conocida como un brote estelar, en sus regiones nucleares.
Este contexto dinámico y denso lo convierte en un laboratorio único para estudiar los campos magnéticos y su papel en la formación de estrellas y en la evolución de las galaxias.
El cielo extragaláctico en el infrarrojo lejano se compone de la radiación cósmica de fondo, que surge de la luz integrada emitida por el polvo en galaxias lejanas. Sorprendentemente, alrededor de la mitad de toda la luz estelar en el universo emerge en estas longitudes de onda, lo que resalta la importancia del infrarrojo lejano para comprender la evolución galáctica.
En la imagen, varios de los radiotelescopios que conforman el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ubicado en el llano de Chajnantor, en el norte de Chile, a una altura de 5000 metros. Los astrónomos esperan usarlo para buscar evidencias de campos magnéticos en galaxias infrarrojas ultraluminosas. Crédito: ESO / Y. Beletsky
El próximo paso para el equipo de investigadores será utilizar el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), el telescopio más avanzado para observar el gas molecular y el polvo en el universo frío. Con este instrumento, buscarán evidencia de campos magnéticos en otras galaxias infrarrojas ultraluminosas.
Este esfuerzo es crucial porque incluso la galaxia infrarroja ultraluminosa local más brillante después de Arp 220 es al menos cuatro veces más débil, lo que subraya el desafío de detectar estos fenómenos en objetos más distantes y menos intensos.
Gracias a los resultados obtenidos con Arp 220 y las futuras observaciones con ALMA, los científicos esperan arrojar luz sobre el papel de los campos magnéticos en las galaxias más luminosas del universo local. Este conocimiento no solo ayudará a comprender los mecanismos que regulan la formación estelar, sino que también ofrecerá nuevas perspectivas sobre cómo las galaxias evolucionan en condiciones extremas. ◾️
Información facilitada por la Royal Astronomical Society
Fuente: D. L. Clements, Qizhou Zhang, K Pattle, G Petitpas, Y. Ding, J. Cairns. Polarized dust emission in Arp220: magnetic fields in the core of an ultraluminous infrared Galaxy. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slae107
