Identificada la chispa que desencadena el nacimiento de estrellas a lo largo de miles de millones de años
Los astrónomos han identificado el principal motor de la formación estelar a lo largo de 10.000 millones de años mediante la observación de casi un centenar de cúmulos de galaxias, con la ayuda del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA y otros telescopios.
Por el Observatorio de Rayos X Chandra
Estos cúmulos de galaxias son algunos de los más brillantes y masivos conocidos, y se encuentran a una distancia de entre 3.400 y 9.900 millones de años luz de la Tierra. Foto: Credit: X-ray: NASA/CXC/SAO; Optical: NASA/ESA/STScI; IR: NASA/ESA/CSA/STScI/Milisavljevic et al, NASA/JPL/CalTech; Image Processing: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt and K. Arcand
Los astrónomos han completado el mayor y más detallado estudio sobre las fuerzas que desencadenan la formación de estrellas en las mayores galaxias del universo. Para ello, han utilizado 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 10.000 millones de años.
"Lo sorprendente aquí es que hay muchas cosas que podrían haber afectado a la formación estelar en los últimos 10.00 millones de años. Al final, sin embargo, el principal motor de la formación estelar en estas enormes galaxias se reduce realmente a una cosa: si el gas caliente que las rodea puede o no enfriarse lo suficientemente rápido"., comenta Michael Calzadilla, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y director de la investigación.
Los cúmulos de galaxias son los objetos más grandes del universo que se mantienen unidos por la gravedad y que contienen enormes cantidades de gas caliente, vistas en rayos X. La masa de este gas caliente es varias veces superior a la masa total de todas las estrellas de los cientos de galaxias que suelen formar los cúmulos. La masa de este gas caliente es varias veces superior a la masa total de todas las estrellas de todos los cientos de galaxias que suelen encontrarse en los cúmulos de galaxias.
Cúmulos de galaxias situados a entre 3.400 y 9.900 millones de años luz de la Tierra.
Calzadilla y sus colegas estudiaron la clase de galaxias más brillante y masiva del universo, esto es, las denominadas galaxias de cúmulos más brillantes, y, en concreto, en el corazón de 95 cúmulos de galaxias. Los cúmulos de galaxias elegidos son en sí mismos una muestra extrema —los cúmulos más masivos de un gran sondeo realizado con el Telescopio del Polo Sur (SPT) con financiación de la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Energía estadounidenses—, y están situados a entre 3.400 y 9.900 millones de años luz de la Tierra.
El equipo descubrió que la formación estelar en las galaxias estudiadas se desencadena cuando la cantidad de movimiento desordenado en el gas caliente -un concepto físico denominado "entropía"- cae por debajo de un umbral crítico. Por debajo de este umbral, el gas caliente se enfría inevitablemente para formar nuevas estrellas.
"Es impresionante pensar que una sola cifra nos dice si miles de millones de estrellas y planetas se formaron en estas enormes galaxias, remontándonos 10.000 millones de años atrás", afirma Michael McDonald, coautor del estudio y también del MIT.
imágenes compuestas de cuatro cúmulos de galaxias. Cada imagen presenta una nube brumosa de color púrpura que representa los rayos X del gas caliente observado por el Chandra.
Aunque se han hecho otros intentos de identificar los factores que impulsan la formación estelar en galaxias tan grandes a lo largo del tiempo cósmico, este estudio es el primero que combina observaciones ópticas y de rayos X de los centros de los cúmulos en un intervalo de distancias tan amplio. Esto permite a los investigadores relacionar el combustible necesario para la formación de estrellas -el gas caliente detectado con Chandra- con la formación real de estrellas una vez que el gas se enfría, como se observa con telescopios ópticos, a lo largo de la mayor parte de la historia del universo.
El equipo también utilizó radiotelescopios para estudiar los chorros de material que salen disparados de los agujeros negros supermasivos de estos cúmulos. En un proceso, denominado retroalimentación, el gas caliente que se enfría para formar estrellas acaba alimentando a los agujeros negros, lo que origina chorros y otras actividades que calientan y energizan su entorno. Esto impide de manera temporal un mayor enfriamiento. Cuando el agujero negro se queda sin combustible, los chorros se apagan y el proceso vuelve a empezar.
Recopilado diferentes capítulos del libro de la formación estelar.
"Es como si hubiéramos recopilado diferentes capítulos del libro de la formación estelar a lo largo de la mayor parte de la vida del universo", explica Brad Benson, coautor del estudio, de la Universidad de Chicago y del Fermilab, en Illinois (Estados Unidos). Y añade: "En lugar de estar escrita en palabras, esta historia se cuenta en 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 un pasado lejano. Hace 10.000 millones de años, en un periodo que los astrónomos denominan mediodía cósmico, las colisiones y las fusiones de galaxias en cúmulos eran mucho más frecuentes, los ritmos de formación estelar eran en general mucho más elevados y los agujeros negros supermasivos de las galaxias arrastraban material con mucha más rapidez.
"El tipo de formación estelar que estamos observando es notablemente consistente, incluso acercándose al mediodía cósmico, cuando podría haber sido abrumada por otros procesos", cometa la coautora de la investigación Lindsey Bleem, del Laboratorio Nacional Argonne, en Illinois. "Aunque el universo –continúa– parecía muy diferente entonces, el desencadenante de la formación de estrellas en estas galaxias no lo fue".
Al estudiar cúmulos relativamente cercanos, otros investigadores también descubrieron con anteroridad que se requiere un nivel umbral de desorden en el gas caliente para que se produzca la retroalimentación de los agujeros negros supermasivos, en forma de chorros.
Este nuevo estudio del equipo de Calzadilla descubrió que el umbral de entropía para la retroalimentación, sin embargo, no se aplica a las galaxias de cúmulos más distantes, lo que podría significar que los cúmulos de hace unos 10.000 millones de años no están tan bien regulados por la retroalimentación de los agujeros negros.
Esto es plausible porque el gas caliente tarda tiempo en empezar a enfriarse sobre la galaxia central, y luego se precisa de más tiempo para que ese gas frío se abra camino hasta el agujero negro supermasivo de la galaxia central y, finalmente, para que se formen chorros que impidan un mayor enfriamiento del gas. Sin embargo, también es posible que las señales de radio no indiquen claramente la actividad de los chorros en esos primeros momentos.
Información facilitada por el Observatorio de Rayos X Chandra - Traducción: RexMolón Producciones
