Evidencia de formación estelar apenas después del Big Bang

Gracias a observaciones con diversos instrumentos, un equipo internacional de astrónomos encontró estrellas recién formadas en una galaxia a 13 mil 280 millones de años luz de distancia, esto es, sólo 250 millones de años después del Big Bang.

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El registro fósil de una galaxia nos muestra que vivimos en un Universo magnético

Un equipo de astrónomos ha observado el campo magnético de una galaxia a cinco mil millones de años luz de la Tierra. La galaxia resulta ser la más distante en la cual se haya detectado un campo magnético coherente y nos provee de una perspectiva importante sobre cómo se ha formado y evolucionado el magnetismo en el Universo.

Agujeros negros supermasivos se alimentan de medusas galácticas

Si pensabas que el encabezado fue sacado de una escena de película de ciencia ficción, pues no. Es real. Las observaciones con telescopios hacia un peculiar tipo de galaxias han revelado una forma, hasta ahora desconocida, de alimentar los agujeros negros supermasivos.

Un equipo de astrónomos, en su mayoría italianos, usaron el instrumento MUSE en los Very Large Telescope, en el Observatorio Paranal en Chile, para estudiar cómo se desprende gas desde un tipo de galaxias llamadas medusas.

Ejemplo de una galaxia Medusa

Para realizar la investigación, los astrónomos se enfocaron en ejemplos extremos de estas peculiares galaxias, encontradas en cúmulos galácticos cercanos. Los “tentáculos de las medusas” se producen mediante un proceso llamado desprendimiento por presión cinética (ram pressure strepping en idioma Inglés). La atracción gravitacional mutua hace que las galaxias caigan a alta velocidad hacia el centro de los cúmulos, donde hay gas intergaláctico caliente y denso que actúa como un viento. La presión cinética empuja el gas de las galaxias hacia afuera de su disco y provoca, entre otras cosas, el desprendimiento de filas de material a decenas de miles de años luz de distancia, donde se dispara la producción de nuevas estrellas “a lo largo de tentáculos”.

Esta visualización muestra una galaxia medusa, usando datos del instrumento MUSE en los Very Large Telescope de ESO. “Los tentáculos” que se extienden lejos de la galaxia tienen diferentes velocidades y en ellos hay abundante formación de estrellas. Crédito: ESO/GASP collaboration

Pero aquí no termina la historia. Los científicos encontraron, de forma inesperada, que en seis de las siete “medusas” que estudiaron, el agujero negro supermasivo que albergan las galaxias se alimenta del gas circundante. Dentro de los autores del trabajo se encuentra Jacopo Fritz, investigador en el Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM y a quién pudimos entrevistar.

“Ya sabíamos que las galaxias medusa se encuentran principalmente en los cúmulos de galaxias. Lo que todavía no se conocía es que este mismo mecanismo físico que empuja el gas hacia fuera, puede hacer que parte del gas se acerque al agujero negro supermasivo que contienen, activando de esta forma lo que conocemos como un Núcleo Galáctico Activo o AGN en Inglés”

Comenta Jacopo Fritz. Los resultados que aparecen en la revista Nature, ofrecen nuevas respuestas sobre cómo se generan procesos extremadamente energéticos en el centro de las galaxias.

“Los núcleos galácticos activos son las regiones centrales de algunas galaxias en las cuales se encuentra un agujero negro con una masa de hasta miles de millones de veces la del sol. De hecho, en todas las galaxias hay uno, pero en la mayoría están inactivos. Lo que sucede en los AGN es que, por alguna razón que no siempre se entiende, parte del gas que se encuentra en la galaxia es atrapado por la gravedad del agujero negro, formando un disco que lo alimenta. Este proceso es una forma muy eficiente de producción de energía. Así que, aunque la región cercana al agujero negro es pequeña, en algunos casos puede resultar mucho mas luminosa que la misma galaxia anfitriona.”

Nos dice Fritz, investigador Titular B de tiempo completo, cuyas áreas de estudio son la evolución de las galaxias en cúmulos y la realización de modelos de la emisión que tiene el polvo estelar cuando se calienta en el centro de las galaxias AGN.

Ejemplo de una galaxia medusa (ESO)

Yara Jaffé, del Observatorio Europeo Austral (ESO por sus siglas en Inglés) y que colaboró en el proyecto, explica un poco más la trascendencia de la investigación,

“Las observaciones con MUSE sugieren un mecanismo novedoso por el que el gas se canaliza hacia el agujero negro. Este resultado proporciona una nueva pieza en el rompecabezas de las conexiones entre los agujeros negros supermasivos y las galaxias que las albergan”.

Las observaciones presentadas por los astrónomos son parte de un estudio mucho más extenso que actualmente está en progreso. Pronto tendremos más noticias sobre estas peculiares medusas galácticas.

Más información en el sitio de la ESO.

La revolución de un tal Edwin Hubble

Durante el primer cuarto del siglo XX, la principal cuestión que quitaba el sueño a los astrónomos de la época era si las llamadas nebulosas espirales eran o no sistemas lejanos, comparables en tamaño a la Vía Láctea (la otra opción era que se tratara de lugares donde se forman estrellas, pero en tal caso deberían ser regiones pequeñas, dentro de nuestro perímetro galáctico).

Dibujo de la “nebulosa del remolino”, 1850 (William Parsons)

El problema no era menor, ¿es nuestra galaxia todo el universo visible o simplemente una más entre millones? Para intentar responder, durante esos años se organizaron conferencias, se programaron debates entre astrónomos y los grandes observatorios ofrecieron tiempo en abundancia para investigar al respecto. Muy pocos sabían que para el verano de 1924 podría llegar la respuesta.

Edwin Hubble

Uno de ellos era Edwin Powell Hubble, por entonces un joven astrónomo, atleta, abogado, alpinista y boxeador, originario Missouri, Estados Unidos. Durante la preparatoria logró prácticamente todo: buenas calificaciones, récords en atletismo y ¡hasta premios de canto! Obtuvo su doctorado en astronomía en 1919, después de estudiar en Oxford y servir para el ejército de los Estados Unidos durante la Primera Guerra Mundial. Ese mismo año comenzó a trabajar para George Hale, director del Observatorio Monte Wilson, donde se ubicaba el telescopio más grande del mundo, 2.5 metros de diámetro.

Galaxia de Andromeda (Wikipedia)

Desde su llegada a Monte Wilson, Hubble se enfocó en el problema de las nebulosas espirales y descubrió que la nebulosa espiral de Andrómeda contenía algunas estrellas variables, entre ellas de un tipo llamado cefeida (en realidad, Hubble confundió el tipo de estrellas variables, pero sus conclusiones fueron igualmente válidas).

Ejemplo de una estrella variable cefeida en la Galaxia de Andrómeda (HST, NASA)

Con los datos del brillo y duración en el ciclo de luz de las estrellas, fue capaz de medir su distancia y descubrió que se ubicaban hasta puntos nunca antes imaginados, mucho más allá de la Vía Láctea. A esa distancia, un objeto como la nebulosa de Andromeda, que en apariencia mide unas dos veces el diámetro de la Luna, debería ser descomunal en tamaño. Las observaciones de Hubble, por fin, aclararon todo: las nebulosas espirales como Andromeda, Messier 33 o la llamada Remolino, son galaxias como la Vía Láctea, ubicadas a millones de años luz, formadas por cientos de miles de millones de estrellas y en muchos casos repletas de gas y polvo para formar más estrellas. En conclusión, eran de la misma naturaleza que nuestra galaxia. Éste fue, uno de los descubrimientos más grandes de la astronomía moderna.

Hubble dedicó el resto de su vida a estudiar las recién redefinidas galaxias y a buscar correlaciones y patrones entre ellas. Notó que la mayoría tenían forma espiral, como la figura sobre el café con leche después de agitarlo en círculos; otras parecían un ovoide, algo como un balón de futbol americano; algunas eran casi esféricas; y otras no mostraban una forma bien definida, las llamó irregulares.

Clasificación de galaxias de Hubble, según su morfología (HST, NASA)

Después de recopilar decenas de imágenes, Hubble publicó un artículo en 1926 donde proponía agrupar las galaxias por su forma, en elípticas, espirales e irregulares. Las espirales además fueron subdivididas en “normales” (las que aparentemente formaban una espiral desde el centro) y barradas (con una barra central de estrellas y gas). Las que tenían una forma intermedia entre espirales y elípticas las llamó lenticulares, son como una lenteja vista de costado.

Hubble sugirió que aquellas formas galácticas no podían ser producto del azar, sino que deberían mostrar algo, probablemente como su evolución. Esas fotos podrían ser una instantánea en su vida, de manera que fueron diferentes en el pasado y lo serán en el futuro, pensó. En esencia, Hubble tenía razón: las galaxias interactúan con ellas mimas, con el gas intergaláctico y con lo que ahora llamamos materia oscura, de manera que a lo largo de su vida cambian. Por supuesto que estos procesos evolutivos son mucho mas complejos de lo que él imaginaba, pero en el fondo, estaba en lo correcto.

Al final de su vida, en el otoño de 1953, Edwin Hubble dejó varios legados en la ciencia (y también algunas controversias), la clasificación de las galaxias fue sólo una de sus aportaciones, pero aún más importante y más trascendental para el pensamiento humano fue descubrir que nuestra galaxia es solo una entre miles de millones que pueblan en el Universo. Su trabajo inició una revolución equivalente en muchos sentidos a la de Copérnico cuatro siglos antes. La revolución de Hubble literalmente nos dio un nuevo lugar en el Universo.

Este artículo se publicó original en la revista Hoja de Arena.

Somos polvo de estrellas, pero de otra galaxia

Una de las frases más memorables del gran divulgador y astrofísico Carl Sagan era, somos polvo estelar.

Más allá de lo poético y sublime de esas tres palabras, son verdad: si pudiéramos preguntar a los átomos que forman nuestro cuerpo, dónde se formaron, con excepción del hidrógeno, todos nos responderían que en el interior de una estrella.

Pero esto no hubiera sido posible sin los variados procesos de reciclaje cósmico en los que participan las estrellas moribundas. La nebulosa que dio origen al Sol (a los planetas y a nosotros) hace unos 4,500 millones de años, tuvo que haberse enriquecido con elementos arrojados al espacio por explosiones de supernova, chorros de gas ionizado y poderosos vientos de estrellas gigantes.

Las nebulosas planetarias son la etapa final de estrellas como el Sol. Los vientos que arrojan mucho de su material, contribuyen a la mezcla y enriquecimiento del gas que forma otras estrellas (NASA, HST, ESA).

Sin embargo, si rebobinamos el proceso apenas unas pocas veces, nos encontraremos con el gas hidrógeno creado justo después del Big Bang y con el cual se formaron las primeras estrellas. Así, la posterior generación y mezcla de nuevos elementos químicos dio origen a estrellas como el Sol.

Hasta hace poco se pensaba que los elementos químicos en las estrellas de nuestra galaxia eran producto solamente de antiguas generaciones estelares residentes en la Vía Láctea. Sin embargo, la visión está cambiando.

Los choques entre galaxias son fenómenos bastante comunes. Estos contribuyen al enriquecimiento químico de sus materiales.

En un análisis computacional, astrofísicos de la Universidad de Northwestern, en EU, han encontrado que casi la mitad del gas que forma galaxias como la nuestra, pudo haber venido de galaxias distantes, dando como resultado que todo lo contenido en ella, incluyéndonos, es parte de material intergaláctico. Dicho de otra manera, algunos de los átomos de calcio que forman nuestros huesos o de fierro en nuestra sangre, se crearon en estrellas de otras galaxias.

Los científicos usaron simulaciones hechas en supercomputadoras para poner a prueba diversos modelos sobre la transferencia de materiales intergalácticos. Los resultados mostraron que las explosiones de supernova arrojaban copiosas cantidades de gas desde las galaxias, causando transferencia de átomos de una galaxia a otra, mediante vientos galácticos, un factor trascendental en el entendimiento de la evolución de las galaxias.

“Por la cantidad de materia de la que estamos formados, que pudo venir de otras galaxias, podríamos considerarnos viajeros espaciales o inmigrantes extragalácticos”,

dice Daniel Anglés-Alcázar, investigador posdoctoral en el Centro de Astrofísica de Northwestern, quien lideró el estudio.

Las galaxias están muy alejadas unas de las otras, de manera que aunque los vientos galácticos se propagan a varios cientos de kilómetros por segundo, este proceso ocurre en lapsos de miles de millones de años.

“Es probable que mucho del material de nuestra Vía Láctea estaba en otras galaxias antes de salir disparado por los poderosos vientos, atravesar el espacio intergaláctico y eventualmente encontrar un nuevo hogar en la Vía Láctea”,

confirma Anglés-Alcázar.

El proceso de simular la formación de galaxias es sumamente complicado y laborioso, tan sólo el presentado en este trabajo requirió del equivalente a varios millones de horas de computo continuo. El artículo científico fue publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Arp 87 son un par de galaxias chocando e intercambiando material con el que se crean abundantes brotes de formación de estrellas. (NASA, ESA, HST)

Los investigadores siguieron en detalle los flujos de material producidos en modelos 3D de galaxias, simulando procesos de formación y evolución desde el Big Bang hasta nuestros días. El equipo encontró que el gas fluye de galaxias pequeñas a galaxias grandes (como la Vía Láctea), donde se usa para formar estrellas. Este proceso de transferencia de masa a través de vientos galácticos puede representar hasta el 50 por ciento del material de las galaxias más grandes. En el caso de aquellas parecidas a la Vía Láctea, los astrónomos investigaron si sus estrellas se formaron de materia endémica procesada en las mismas galaxias o de gas previamente contenido en otras.

En resumen, somos más universales de lo que pensábamos. A través de los 13 mil 800 millones de años que tiene el Cosmos, muchos de los materiales que nos forman han viajado desde galaxias lejanas hasta llegar al Sol, a la Tierra, al aire que respiramos y a los átomos que nos forman. Podemos sentirnos orgullosos de reconocer en nosotros mismos al Universo, pero también de trazar nuestros propios orígenes cósmicos.