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ALMA revela datos de una Galaxia Monstruo con formación estelar fuera de control


Utilizando el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos reveló que las nubes moleculares en una galaxia llamada AzTEC / COSMOS-1, una galaxia con formación estelar extrema ubicada a 12.400 millones de años luz de distancia, son altamente inestables, lo que lleva a la formación estelar fuera de control. Se cree que las galaxias con formación estelar extrema, también conocidas como galaxias 'monstruo', son ancestros de las galaxias elípticas masivas en el Universo actual, por lo tanto, los hallazgos allanan el camino para comprender la formación y evolución de tales galaxias.

Las galaxias "monstruo" forman estrellas a un ritmo sorprendente: 1.000 veces más altos que la formación estelar en la Vía Láctea. Pero, ¿por qué son tan activas?

Para abordar este problema, los astrónomos necesitan conocer el entorno de las regiones de formación estelar. Dibujar mapas detallados de nubes moleculares es un paso importante para explorar un monstruo cósmico.

"Una sorpresa real es que AzTEC / COSMOS-1, visto cómo era hace 12.400 millones de años tiene un disco de gas masivo y ordenado que está en rotación regular, en lugar de lo que esperábamos: que habría sido una especie de desastre desordenado que la mayoría de los estudios teóricos había predicho", dijo el profesor Min Yun de la Universidad de Massachusetts Amherst, coautor del estudio actual y miembro del equipo que descubrió esta galaxia en 2007.

"El disco de gas de AzTEC / COSMOS-1 ahora es dinámicamente inestable, lo que significa que todo el disco de gas que forma esta galaxia se está fragmentando y sufriendo un gigantesco episodio de estallido estelar, lo que ayuda a explicar su enorme tasa de formación de estrellas, más de 1.000 veces la de la vía Láctea."

El profesor Yun y sus colegas encontraron que AzTEC / COSMOS-1 es rico en los ingredientes esenciales para la formación de estrellas, pero aún era difícil determinar la naturaleza del gas cósmico en la galaxia.

El estudio
Utilizaron la alta resolución y sensibilidad de ALMA para observar la galaxia y obtener un mapa detallado de la distribución y el movimiento del gas, todo esto con el propósito de desarrollar el mapa de gas molecular de mayor resolución de una galaxia monstruo distante jamas creado hasta fecha.

"Encontramos que hay dos grandes nubes distintas a varios miles de años luz del centro", dijo el autor principal del estudio, el Dr. Ken-ichi Tadaki, investigador postdoctoral en la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

"En la mayoría de las galaxias de formación estelar distantes, las estrellas se forman activamente en el centro. Entonces, es sorprendente encontrar nubes fuera del centro".

"En primer lugar, ¿Cómo estas galaxias han podido acumular una cantidad tan grande de gas y luego esencialmente convertir toda la reserva de gas en estrellas en un abrir y cerrar de ojos? cosmológicamente hablando, era una pregunta completamente desconocida de la que solo podíamos especular. Ahora tenemos las primeras respuestas", dijo el profesor Yun.

"Hasta que este resultado no llegó de ALMA, nadie sabía cómo la naturaleza creó enormes galaxias jóvenes, formadas sólo mil millones de años después del Big Bang".

Con las nuevas observaciones, los investigadores ahora creen que la galaxia monstruo está impulsada por un disco extremadamente pesado en gas, que de alguna manera se mantiene estable hasta que se acumula suficiente gas.

"Aún no sabemos cómo se recolecta tanta cantidad de gas tan rápido y que impide que esta enorme reserva de gas se encienda y se convierta en estrellas, como se sabe que hace el gas en el Universo local", dijo el profesor Yun.



Las observaciones de ALMA revelaron densas concentraciones de gas en el disco de AzTEC / COSMOS-1 y la formación de estrellas intensas en esas concentraciones.

Los astrónomos encontraron que las nubes de gas en AzTEC / COSMOS-1 son muy inestables, lo cual es inusual.

"En una situación normal, la gravedad hacia el interior y la presión hacia afuera están equilibradas", dijeron los investigadores.

"Una vez que la gravedad supera la presión, la nube de gas colapsa y forma estrellas a un ritmo rápido. Entonces, las estrellas y las explosiones de supernova al final del ciclo de vida estelar expulsan gases, que aumentan la presión hacia afuera".

"Como resultado, la gravedad y la presión alcanzan un estado equilibrado y la formación de estrellas continúa a un ritmo moderado. De esta forma, la formación de estrellas en las galaxias se autorregula".

"Pero en AzTEC / COSMOS-1, la presión es mucho más débil que la gravedad y difícil de equilibrar. Por lo tanto, esta galaxia muestra su formación de estrellas fuera de control y se ha transformado en una galaxia monstruosa imparable".

Los autores del estudio estiman que el gas en AzTEC / COSMOS-1 se consumirá por completo en 100 millones de años, que es 10 veces más rápido que en otras galaxias que forman estrellas.

Aún no está claro por qué el gas en esta galaxia es tan inestable, pero un fenómeno llamado "fusión de galaxias" es una posible causa. La colisión galáctica puede haber transportado el gas de manera eficiente a un área pequeña y haber encendido una intensa formación estelar.

"En este momento, no tenemos evidencia de alguna fusión galáctica en esta galaxia. Pero al observar otras galaxias similares con ALMA, queremos revelar la relación entre las fusiones de galaxias y las galaxias monstruo", dijo el Dr. Tadaki.

Referencia del documento científico:
K. Tadaki et al. El disco de gas gravitacionalmente inestable de una galaxia con formación estelar extrema hace 12 mil millones de años. Nature, volumen 560, páginas 613–616 (2018), doi: 10.1038 / s41586-018-0443-1

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