Revelando el origen de las raras regiones de radio del universo

Los astrónomos preguntan: «¿Qué es eso?» Eso no se dice todos los días. Al fin y al cabo, se conocen los fenómenos astronómicos más observados: estrellas, planetas, agujeros negros y galaxias. Pero el telescopio ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder), recién terminado en 2019, detectó algo nunca antes visto: círculos de ondas de radio tan grandes que contienen galaxias enteras en sus centros.

Mientras la comunidad de astrofísica intentaba determinar qué eran estos círculos, querían saber el «por qué» de los círculos. Ahora, un equipo dirigido por Alison Coyle, profesora de astronomía y astrofísica de la Universidad de California en San Diego, cree haber encontrado la respuesta: los anillos son capas formadas por vientos galácticos que salen, tal vez de estrellas masivas en explosión conocidas como supernovas. Su trabajo ha sido publicado la naturaleza.

Coyle y sus colaboradores están estudiando las galaxias masivas con «estallido estelar» que pueden impulsar estos vientos de alta velocidad. Las galaxias con estallido estelar tienen una tasa excepcionalmente alta de formación de estrellas. Cuando las estrellas mueren y explotan, expulsan la estrella y el gas que la rodea al espacio interestelar. Si suficientes estrellas explotan muy cerca unas de otras al mismo tiempo, la fuerza de estas explosiones puede expulsar el gas de la galaxia en forma de viento que puede viajar a velocidades de hasta 2.000 kilómetros por segundo.

«Estas galaxias son realmente interesantes», dijo Coyle, quien también es presidente del Departamento de Astronomía y Astrofísica. «Ocurren cuando dos galaxias masivas chocan. La fusión empuja todo el gas a un área muy pequeña, lo que provoca un estallido de formación estelar. Las estrellas masivas se queman rápidamente y, cuando mueren, expulsan su gas al viento que los expulsa».

Origen masivo, raro y desconocido.

Los avances tecnológicos permitieron a ASKAP escanear grandes partes del cielo en límites extremadamente débiles, lo que hizo posible detectar regiones de radio impares (ORC) por primera vez en 2019. Los ORC eran enormes: cientos de kiloparsecs, donde un kiloparsec equivale a 3.260 años luz. (Como referencia, la Vía Láctea tiene unos 30 kiloparsecs de diámetro).

Se han propuesto múltiples teorías para explicar el origen de los ORC, incluidas las nebulosas planetarias y las fusiones de agujeros negros, pero los datos de radio por sí solos no distinguen entre las teorías.

Coyle y sus colaboradores estaban intrigados y pensaron que los anillos de radio podrían ser crecimientos de las últimas etapas de las galaxias con formación estelar que estaban estudiando. Comenzaron a observar ORC 4, el primer ORC observable descubierto en el hemisferio norte.

Hasta entonces, los ORC se observaban únicamente a través de su emisión de radio sin ningún dato óptico. El equipo de Coyle utilizó el Espectrógrafo de Campo Integral en el Observatorio WM Keck en Maunakea, Hawaii, para observar ORC 4, revelando una mayor cantidad de gas comprimido, más luminoso y más caliente que el que se encuentra en la galaxia promedio.

Con más preguntas que respuestas, el equipo se pone manos a la obra. Utilizando datos de imágenes ópticas e infrarrojas, determinaron que las estrellas dentro de la galaxia ORC 4 tienen aproximadamente 6 mil millones de años. «Hubo un estallido de formación estelar en esta galaxia, pero terminó hace aproximadamente mil millones de años», dijo Coyle.

Cassandra Lochas, becaria postdoctoral en el Centro Smithsonian de Astrofísica de Harvard y que se especializa en el lado teórico de los vientos galácticos y coautora del artículo, realizó un conjunto de simulaciones numéricas por computadora para replicar el tamaño y las propiedades de los vientos galácticos a gran escala. radio. Un anillo que incluye una gran cantidad de gas frío y impactado en la galaxia central.

Sus simulaciones mostraron que los vientos galácticos han estado soplando durante 200 millones de años. Cuando el viento se detuvo, el impacto directo continuó impulsando gas a alta temperatura fuera de la galaxia y creó el anillo de radio, mientras que el impacto inverso arrojó gas más frío de regreso a la galaxia. La simulación se desarrolló durante 750 millones de años, en el estadio de la edad estelar estimada de mil millones de años de ORC4.

«Se necesita una alta tasa de flujo de masa para que esto funcione, lo que significa que expulsa una gran cantidad de material rápidamente. Y el gas circundante fuera de la galaxia tiene que tener una densidad muy baja, de lo contrario el choque se detiene. Esos son dos factores importantes», Coyle dicho.

«Resulta que las galaxias que estamos estudiando tienen altas tasas de salida de masa. Son raras, pero existen. Creo que esto sugiere que los ORC se originaron a partir de algún tipo de salida de vientos galácticos».

Los vientos de salida ayudan a los astrónomos a comprender los ORC, pero los ORC pueden ayudar a los astrónomos a comprender los vientos de salida.

«Los ORC nos proporcionan una manera de ‘ver’ el viento a través de datos de radio y espectroscopia», dijo Coyle.

«Esto nos ayudará a determinar qué tan comunes son estos vientos galácticos extremos y cuál es el ciclo de vida del viento. Pueden ayudarnos a aprender más sobre la evolución galáctica: ¿todas las galaxias masivas pasan por una fase ORC? ¿Las galaxias espirales se convierten en elípticas? ¿Ya no forman estrellas? ¿Hay ORC? Creo que podemos aprender sobre los ORC y aprender de ellos».