Un nuevo estudio de científicos que utilizan Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) sugiere que los gases previamente desplazados pueden volver a acumularse en las galaxias, potencialmente ralentizando el proceso de muerte de las galaxias causado por la presión de pistón (o presión “ram”) y creando estructuras únicas más resistentes a sus efectos.
“Gran parte del trabajo anterior sobre galaxias deshechas por la presión de pistón (ram) se centra en el material que se despoja de las galaxias. En este nuevo trabajo, vemos algo de gas que en lugar de ser arrojado fuera de la galaxia para nunca regresar, se mueve como un bumerang, es expulsado pero luego da vueltas y vuelve a su fuente ”, dijo William Cramer, astrónomo de Arizona. State University y autor principal del nuevo estudio. “Al combinar datos de Hubble y ALMA a muy alta resolución, podemos demostrar que este proceso está sucediendo”.
La extracción por presión de pistón se refiere al proceso que desplaza el gas de las galaxias, dejándolas sin el material necesario para formar nuevas estrellas. A medida que las galaxias se mueven a través de sus cúmulos de galaxias, el gas caliente conocido como medio intra-cúmulo —o el espacio intermedio— actúa como un viento fuerte, empujando los gases fuera de las galaxias viajeras. Con el tiempo, esto conduce a la inanición y la “muerte” de las galaxias formadoras de estrellas que alguna vez estuvieron activas. Debido a que la extracción por presión de pistón puede acelerar el ciclo de vida normal de las galaxias y alterar la cantidad de gas molecular dentro de ellas, es de particular interés para los científicos que estudian la vida, maduración y muerte de las galaxias.
La presión de pistón es la presión ejercida sobre un cuerpo que se mueve a través de un medio fluido, causada por el movimiento de volumen relativo del fluido en lugar de un movimiento térmico aleatorio. Hace que se ejerza una fuerza de arrastre sobre el cuerpo.
“Hemos visto en simulaciones que no todo el gas empujado por la presión del pistón escapa de la galaxia porque tiene que alcanzar la velocidad de escape para poder escapar y no retroceder. Creemos que la re-acreción que estamos viendo se debe a las nubes de gas que fueron expulsadas de la galaxia mediante la extracción de presión de pistón, y no alcanzaron la velocidad de escape, por lo que están retrocediendo ”, dijo Jeff Kenney, un astrónomo de la Universidad de Yale y coautor del estudio. “Si está tratando de predecir qué tan rápido una galaxia dejará de formar estrellas con el tiempo y se transformará en una galaxia roja o muerta, entonces querrá comprender qué tan efectiva es la presión de pistón para eliminar el gas. Si no sabe que el gas puede volver a caer sobre la galaxia y continuar reciclándose y formando nuevas estrellas, va a predecir en exceso la extinción de las estrellas. Tener pruebas de este proceso significa líneas de tiempo más precisas para el ciclo de vida de las galaxias “.
El nuevo estudio se centra en NGC 4921, una galaxia espiral barrada y la galaxia espiral más grande del Cúmulo de Coma, ubicada aproximadamente a 320 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Coma Berenices. NGC 4921 es de particular interés para los científicos que estudian los efectos de la extracción por presión del ariete porque la evidencia tanto del proceso como de sus consecuencias es abundante.
“La presión de pistón desencadena la formación de estrellas en el lado donde está teniendo el mayor impacto en la galaxia”, dijo Cramer. “Es fácil de identificar en NGC 4921 porque hay muchas estrellas azules jóvenes en el lado de la galaxia donde ocurre”.
Kenney agregó que la extracción de presión del pistón en NGC 4921 ha creado una línea fuerte y visible entre el lugar donde todavía existe polvo en la galaxia y el lugar donde no. “Hay una fuerte línea de polvo presente, y más allá de eso, casi no hay gas en la galaxia. Creemos que esa parte de la galaxia se ha limpiado casi por completo por la presión de pistón”.
Mediante el uso del receptor de banda 6 de ALMA, los científicos pudieron aislar el monóxido de carbono, la clave para “ver” tanto las áreas de la galaxia desprovistas de gas como aquellas en las que se está volviendo a acumular. “Sabemos que la mayoría del gas molecular en las galaxias está en forma de hidrógeno, pero el hidrógeno molecular es muy difícil de observar directamente”, dijo Cramer. “El monóxido de carbono se usa comúnmente como un sustituto para estudiar el gas molecular en las galaxias porque es mucho más fácil de observar”.
La capacidad de ver más de la galaxia, incluso en su forma más débil, reveló estructuras interesantes que probablemente se crearon en el proceso de desplazamiento del gas, y más inmunes a sus efectos. “La presión de pistón parece formar estructuras únicas o filamentos en las galaxias que son pistas sobre cómo evoluciona una galaxia bajo un viento de presión del pistón. En el caso de NGC 4921, tienen un parecido sorprendente con la famosa nebulosa, los Pilares de la Creación, aunque a una escala mucho más masiva ”, dijo Cramer. “Creemos que están respaldados por campos magnéticos que impiden que se eliminen con el resto del gas”.
Las observaciones revelaron que las estructuras son más que simples volutas de gas y polvo; los filamentos tienen masa y mucha. “Estos filamentos son más pesados y pegajosos, se aferran a su material con más fuerza que el resto del medio interestelar de la galaxia, y parecen estar conectados a esa gran cresta de polvo tanto en el espacio como en la velocidad”, dijo Kenney. “Se parecen más a la melaza que al humo. Si simplemente soplas sobre algo que es humo, el humo es ligero y se dispersa y va en todas direcciones. Pero esto es mucho más pesado que eso “.
Aunque se trata de un avance significativo, los resultados del estudio son solo un punto de partida para Cramer y Kenney, que examinaron una pequeña parte de una sola galaxia. “Si queremos predecir la tasa de muerte de las galaxias y la tasa de nacimiento de nuevas estrellas, necesitamos entender si y cuánto del material que forma las estrellas, originalmente perdido por la presión del ariete, se recicla realmente”, dijo Cramer. “Estas observaciones son de solo un cuadrante de NGC 4921. Es probable que incluso más gas caiga hacia otros cuadrantes. Si bien hemos confirmado que parte del gas extraído puede volver a caer, necesitamos más observaciones para cuantificar cuánto gas cae y cuántas estrellas nuevas se forman como resultado “.
“Un estudio fascinante que demuestra el poder de ALMA y el beneficio de combinar sus observaciones con las de un telescopio en otras longitudes de onda”, agregó Joseph Pesce, oficial de programas de NRAO / ALMA en la NSF. “La eliminación de la presión de pistón es un fenómeno importante para las galaxias en cúmulos, y comprender mejor el proceso nos permite comprender mejor la evolución de las galaxias y la naturaleza”.
Los resultados del estudio se publicarán en una próxima edición de The Astrophysical Journal.
Referencias
“Molecular gas filaments and fallback in the ram pressure stripped Coma spiral NGC 4921,”, W. Cramer et al, ApJ, vista previa [https://arxiv.org/abs/2107.11731]
Sobre ALMA
Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación de la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Sur (ESO), la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales ( NINS) de Japón en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus Estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST) y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) en Taiwán. y el Instituto Coreano de Astronomía y Ciencias Espaciales (KASI).
La construcción y las operaciones de ALMA están a cargo de ESO en nombre de sus Estados miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), administrado por Associated Universities, Inc. (AUI), en nombre de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO) proporciona el liderazgo y la gestión unificados de la construcción, puesta en marcha y operación de ALMA.
Traducción no oficial con fines divulgativos del articulo original en Inglés.
Créditos: ALMA / NRAO