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.

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Nuevos mapas de la dinámica de la Materia Oscura

Un conjunto de nuevos mapas que muestran la dinámica de la materia oscura en el Universo han sido producidos por un equipo de cosmólogos de Reino Unido, Francia y Alemania.

Utilizando avanzadas técnicas de modelado, el grupo de investigación tradujo la distribución de galaxias observadas, en mapas detallados del movimiento en conjunto y velocidades de la materia oscura:

“esa sustancia de naturaleza desconocida, que representa más del 80 por ciento de la masa total del universo, no emite ni reacciona a la luz y cuya distribución y evolución no son directamente observables y tienen que inferirse.”,

dice Florent Leclercq, del Instituto de Cosmología y Gravitación, de la Universidad de Portsmouth, Reino Unido.

Telescopio usado en el Sloan Digital Sky Survey (SDSS)

Los investigadores utilizaron datos obtenidos del 2000 al 2008 por el Sloan Digital Sky Survey (SDSS), uno de los telescopios más importantes de los últimos años y que mapea en 3D cientos de miles de galaxias en el Universo cercano. La información usada por Leclercq y sus colegas representa lo encontrado en una quinta parte del cielo, con espectros de más de 900,000 galaxias.

Los nuevos mapas de materia oscura, generados mediante transformaciones matemáticas de las posiciones y movimientos de las galaxias, cubren parte del cielo del norte hasta una distancia de 600 megaparsecs, lo que equivale a mirar atrás alrededor de dos mil millones de años.

Los investigadores utilizaron un conjunto de herramientas matemáticas de análisis en el espacio de fase que reconstruyó las condiciones iniciales del Universo cercano. En el artículo de investigación, publicado en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, los astrónomos resaltan que sus resultados reproducen algunas de las cercanas y más conocidas estructuras galácticas, como el Cúmulo de Coma, el Hueco de Boyero y la llamada Gran Muralla Sloan.

Corte el ecuador celeste mostrando la componente radial del campo de velocidad (en kilómetros por segundo). Las regiones azules están cayendo hacia nosotros y las regiones rojas se están alejando de nosotros. Las galaxias de la muestra del Sloan Digital Sky Survey están marcadas como puntos. En el centro de la rebanada se puede observar la dinámica de, por ejemplo, The Great Wall, una de las estructuras más grandes en el Universo cercano.

“El acceso a la información de un gran número de galaxias abre nuevas formas de evaluar la validez de los modelos teóricos, a la luz de las observaciones.”,

finaliza Florent Leclercq.

Información original UoP News.

El Hubble encuentra una galaxia masiva, lejana y muerta.

Si la invención del telescopio cambió nuestra visión del Universo, el descubrimiento y confirmación de la existencia de las lentes gravitacionales amplió nuestra frontera cósmica.

Predichas por Einstein en sus trabajos de relatividad general, las lentes gravitacionales son producto de la deformación del espacio-tiempo a consecuencia de la gran masa contenida en los cúmulo galácticos. Al igual que las lentes de cristal, las gravitacionales nos permiten observar y estudiar más allá de los límites regulares. Es como si pudiéramos ver lo que pasa detrás de un edificio enorme, con sólo mirar de reojo.

Y esta imagen tomada por el Telescopio Espacial Hubble, producida precisamente con el efecto de la lente gravitacional, ha sorprendido a los astrónomos: es el primer ejemplo de una galaxia compacta pero masiva, en forma de disco, con movimiento de rotación rápido y que dejó de formar estrellas sólo unos pocos miles de millones de años después del big bang.

Los investigadores aseguran que observar este tipo de galaxias tan tempranas en la historia del Universo, desafía la comprensión actual sobre cómo las galaxias masivas se forman y evolucionan. Los astrónomos esperaban ver un caótico frenesí de estrellas formadas a través de fusiones galácticas. En su lugar, hay evidencia de que las estrellas nacieron en un disco en forma de panqueque. La galaxia, llamada MACS 2129-1, se considera “muerta” porque ya no esta formando estrellas. Esto es común en las galaxias elípticas, pero no en las espirales, donde hay cuneros estelares y estrellas jóvenes por doquier.

La imagen orilla a los astrónomos a repensar sobre cómo se consumen y evolucionan las galaxias elípticas y espirales mas recientes y cercanas a nosotros. “Quizás hemos sido ciegos al hecho de que las primeras galaxias (muertas) podrían ser discos, simplemente porque no hemos sido capaces de detectarlas”, dijo el líder del estudio Sune Toft del Centro de Cosmología Oscura en el Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague. Sin embargo, se desconoce por completo porqué la galaxia dejó de producir estrellas y además, el papel de este tipo de galaxias muertas en los modelos de evolución galáctica.

MACS 2129-1 es tres veces más masiva que la Vía Láctea, pero sólo la mitad del tamaño. Las mediciones de velocidad de rotación realizadas con los telescopios VLT, del European Southern Observatory (ESO) en Chile, mostraron que el disco galáctico gira unas dos veces más rápido que la Vía Láctea.

Los resultados de la investigación se publican en la edición del 22 de junio de la revista Nature.

Más información en el HubbleSite.

La ferviente producción de estrellas en el pasado

Los astrónomos tienen más ojos de los que piensas… es decir, usan más de un tipo de luz o radiación para estudiar el Universo. Tienen a su disposición telescopios que cubren todos los tipos de fotones y ondas conocidos (de las ondas de radio a los rayos X y gamma), que describen cosas diferentes, en tiempos diferentes.

La revista especializada Astronomy & Astrophysics publica esta semana una serie de artículos que presentan los resultados del proyecto VLA-COSMOS: un barrido celeste, detectando ondas de radio, en un área equivalente a 3×3 lunas llenas y a una frecuencia de 3 GHz.

Crédito: NRAO/AUI

Para la comunidad de radioastrónomos, se trata de una de las imágenes de radio más claras (con más resolución angular) y más profundas (con mayor sensibilidad) producidas sobre una región tan grande del cielo. En la “radioimagen”, el equipo detectó casi 11,000 galaxias, que combinó con observaciones ópticas, infrarrojas y de rayos X de otros grupos de investigación. Uno de los objetivos era analizar dónde, cómo y cuándo, a lo largo de la historia del Universo, se produce la formación de las estrellas.

Las ondas de radio, generadas en regiones donde precisamente nacen estrellas, no son bloqueadas por las grandes nubes de polvo interestelar que a menudo residen en las galaxias, de manera que este tipo de radiación y su intensidad pueden  relacionarse con la producción nuevas estrellas.

Así, los astrónomos encontraron que, en el pasado, las galaxias produjeron la mayoría de las estrellas, cuando el Universo tenía unos 2,500 millones de años (un quinto de su edad actual). Durante este período, alrededor de una cuarta parte de todas las estrellas recién nacidas se estaban creando en galaxias masivas, lo que representa un 15-20% más de formación estelar de lo que se pensaba anteriormente.

El radiomapa también mostró una visión única de las galaxias que contienen agujeros negros supermasivos en sus centros, donde la materia que orbita alrededor, cae en el agujero negro liberando enormes cantidades de energía. Sólo sus firmas de emisión en ondas de radio delatan la actividad del agujero negro oculto. Los astrónomos piensan que los procesos físicos asociados con estos Núcleos Activos de Galaxias, o AGNs por sus siglas en Inglés, son trascendentales en la evolución y crecimientos de las mismas galaxias y en la producción de estrellas.

Finalmente, los científicos encontraron gran similitud entre los datos observados y simulaciones cosmológicas enfocadas en el proceso de calentamiento central en los AGN. En otras palabras, estamos entendiendo mejor cómo se comportó el Universo cuando era más joven, cuando tenía unos 2,500 millones de años.

Fuente: Astronomy & Astrophysics