ALMA detecta enormes reservas ocultas de gas turbulento en galaxias distantes. Primera detección de moléculas CH+ en galaxias starburst distantes proporciona información sobre la historia de la formación estelar en el Universo

Con ALMA se han podido detectar reservas turbulentas de gas frío alrededor de galaxias starburst distantes. Al detectar CH+ por primera vez, esta investigación abre un nuevo camino de exploración sobre una época crucial de la formación estelar en el Universo. La presencia de esta molécula arroja nueva luz sobre cómo las galaxias consiguen extender su período de rápida formación estelar. Los resultados aparecen en la revista Nature.

Un equipo liderado por Edith Falgarone (Ecole Normale Supérieure y el Observatorio de Paris, Francia) han utilizado el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para detectar marcas de la molécula de hidruro de carbono CH+ [1] en galaxias starburst [2] distantes. El grupo identificó señales claras de CH+ en cinco de seis galaxias estudiadas, incluyendo Cosmic Eyelash (eso1012) [3]. Esta investigación entrega nueva información que ayuda a que los astrónomos entiendan el crecimiento de las galaxias, y cómo los alrededores de una galaxia impulsan la formación estelar.

“CH+ es una molécula especial. Necesita mucha energía para formarse y es muy reactiva, lo que significa que su vida es muy breve y que no puede ser transportada muy lejos. CH+ por lo tanto rastrea la forma en que la energía fluye en las galaxias y sus alrededores”, indicó Martin Zwaan, astrónomo de ESO que contribuyó en el artículo.

La forma en la que el CH+ rastrea la energía puede entenderse por analogía a estar en un bote en un océano tropical durante una noche oscura, sin Luna. Cuando hay buenas condiciones, el plancton fluorescente puede iluminar el entorno del bote mientras navega. La turbulencia causada por el bote al deslizarse por las aguas, provoca que el plancton emita luz, lo cual revela la existencia de las regiones turbulentas en el agua oscura subyacente. Dado que el CH+ se forma únicamente en áreas pequeñas donde los movimientos turbulentos del gas se disipan, su detección esencialmente rastrea la energía en una escala galáctica.

El CH+ observado revela ondas de choque densas, impulsadas por vientos galácticos veloces y cálidos originados al interior de las regiones de formación estelar de las galaxias. Estos vientos fluyen a través de una galaxia, expulsando material de esta, pero sus movimientos turbulentos son tales que parte del material puede ser recapturado por la atracción gravitatoria de la galaxia misma. Este material se reúne en reservas turbulentas enormes de gas frío y de baja densidad, extendiéndose más de 30.000 años luz desde la región de formación estelar de la galaxia [4].

“Con el CH+ vemos que la energía se almacena dentro de grandes vientos del tamaño de una galaxia, y termina como movimientos turbulentos en reservas antes desconocidas de gas frío alrededor de la galaxia”, afirmó Falgarone, autor principal del nuevo artículo “Nuestros resultados desafían la teoría de la evolución de la galaxia. Al impulsar la turbulencia en las reservas, estos vientos galácticos extienden la fase del estallido de formación estelar, en vez de  extinguirla”.

El equipo determinó que los vientos galácticos no podrían por sí solos reponer las reservas gaseosas recientemente reveladas, y sugiere que la masa es proporcionada por fusiones galácticas o por la acreción de corrientes de gas ocultas, como predice la teoría actual.

“Este descubrimiento representa un gran paso adelante en nuestro entendimiento sobre cómo la afluencia de materia es regulada alrededor de las galaxias starburst más intensas del Universo primitivo”, indicó el Director de Ciencias de ESO, Rob Ivison, coautor del artículo. “Esto muestra lo que puede lograrse cuando científicos de distintas disciplinas se reúnen para aprovechar las capacidades de uno de los telescopios más poderosos del mundo”.

Notas

[1] El CH+ es un ion de la molécula CH conocido como methylidynium para los químicos. Es una de las tres primeras moléculas descubiertas en el medio interestelar. Desde su descubrimiento a comienzos del decenio de 1940, la presencia de CH+ en el espacio interestelar ha sido un misterio porque es extremadamente reactivo, y por lo tanto desaparece más rápidamente que otras moléculas.

[2] Estas galaxias son conocidas por tener un índice mucho mayor de formación estelar en comparación a galaxias tranquilas como la Vía Láctea, haciendo a estas estructuras ideales para el estudio del crecimiento de una galaxia, y de la interacción entre gas, polvo, estrellas y los agujeros negros en el centro de las galaxias.

[3] Se usó ALMA para obtener el espectro de cada galaxia. Un espectro es un registro de luz, normalmente de un objeto astronómico, dividido en sus distintos colores (o longitudes de onda), tal como ocurre cuando las gotas de lluvia dispersan la luz para formar un arcoíris. Ya que cada elemento tiene una “huella” única en un espectro, los espectros pueden usarse para determinar la composición química de los objetos observados.

[4] Estas reservas turbulentas de gas diseminado pueden ser de la misma naturaleza que los halos gigantes brillantes observados alrededor de distantes cuásares.

Información adicional

Esta investigación fue presentada en un artículo titulado “Grandes reservas turbulentas de gas molecular frío alrededor de galaxias starburst con un alto desplazamiento al rojo” por E. Falgarone et al., a publicarse en la revista Nature el día 30 de Agosto de 2017.

El equipo está integrado por E. Falgarone (Ecole Normale Supérieure y el Observatorio de Paris, Francia) , M.A. Zwaan (ESO, Alemania), B. Godard (Ecole Normale Supérieure y el Observatorio de Paris, Francia), E. Bergin (Universidad de Michigan, EE.UU.), R.J. Ivison (ESO, Alemania; Universidad de Edinburgh, Reino Unido), P. M. Andreani (ESO, Alemania), F. Bournaud (CEA/AIM, Francia), R. S. Bussmann (Universidad Cornell , EE.UU.), D. Elbaz (CEA/AIM, Francia), A. Omont (IAP, CNRS, Sorbonne Universités, Francia), I. Oteo (Universidad de Edinburgh, Reino Unido; ESO, Alemania) y F. Walter (Max-Planck-Institut für Astronomie, Alemania).

Artist’s impression of gas fueling distant starburst galaxies

This cartoon shows how gas falling into distant starburst galaxies ends up in vast turbulent reservoirs of cool gas extending 30 000 light-years from the central regions. ALMA has been used to detect these turbulent reservoirs of cold gas surrounding similar distant starburst galaxies. By detecting CH⁺ for the first time in the distant Universe, this research opens up a new window of exploration into a critical epoch of star formation.

Crédito:

ESO/L. Benassi

ALMA view of the Cosmic Eyelash

This ALMA image shows the Cosmic Eyelash, a remote starburst galaxy that appears double and brightened by gravitational lensing. ALMA has been used to detect turbulent reservoirs of cold gas surrounding this and other distant starburst galaxies. By detecting CH+ for the first time in the distant Universe, this research opens up a new window of exploration into a critical epoch of star formation.

Crédito:

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/E. Falgarone et al.

Videos .

Zooming in on the Cosmic Eyelash

http://www.eso.org/public/spain/videos/eso1727a/

This zoom sequence starts from a broad view of the sky and takes the viewer deep into the constellation of Aquarius (The Water Bearer). We pass the globular star cluster Messier 2 and go far beyond the galaxy into a distant cluster of galaxies. There we see a curious arc, a gravitationally lensed version of an even more distant galaxy, nicknamed the Cosmic Eyelash, seen using ALMA.

Crédito:

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Digitized Sky Survey 2, ESA/Hubble. Music: Astral Electronic


Fuente: OBSERVATORIO EUROPEO AUSTRAL