El núcleo de un grupo masivo de galaxias parece estar bombeando muchas más estrellas de la que debería. Ahora los investigadores del MIT y en otros lugares han descubierto un ingrediente clave dentro del clúster que explica el prolífico estadio estelar del núcleo.
En un nuevo estudio publicado en Naturaleza, Los científicos informan utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA para observar el grupo de Phoenix, una colección extensa de galaxias gravitacionales que rodean una galaxia masiva central a unos 5.800 millones de años de luz de la Tierra. El grupo es el más grande de su tipo que los científicos han observado hasta ahora. Por su tamaño y edad estimada, el Phoenix debería ser lo que los astrónomos llaman «rojo y muerto», que hace mucho tiempo con cualquier formación estrella que sea característica de las galaxias más jóvenes.
Pero los astrónomos descubrieron previamente que el núcleo del grupo de Phoenix parecía sorprendentemente brillante, y la galaxia central parecía estar produciendo estrellas a un ritmo extremadamente vigoroso. Las observaciones plantearon un misterio: ¿cómo estaba el fénix alimentando una formación de estrellas tan rápida?
En las galaxias más jóvenes, el «combustible» para forjar estrellas está en forma de nubes de gas interestelar extremadamente fría y densa. Para el grupo de Phoenix mucho más antiguo, no estaba claro si la galaxia central podría sufrir el enfriamiento extremo de gas que se requeriría para explicar su producción estelar, o si el gas frío emigró de otras galaxias más jóvenes.
Ahora, el equipo del MIT ha obtenido una visión mucho más clara del núcleo del clúster, utilizando las capacidades de mayor alcance de JWST y medición de infrarrojos. Por primera vez, han podido mapear regiones dentro del núcleo donde hay bolsillos de gas «cálido». Los astrónomos han visto previamente toques de gas muy caliente y gas muy frío, pero nada en el medio.
La detección de gas cálido confirma que el grupo de Phoenix se está enfriando activamente y puede generar una gran cantidad de combustible estelar por sí solo.
«Por primera vez tenemos una imagen completa de la fase de calurosa a calentamiento en la formación de estrellas, que realmente nunca se ha observado en ninguna galaxia», dice el autor principal del estudio, Michael Reefe, un estudiante graduado de física en el MIT’s Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial. «Hay un halo de este gas intermedio en todas partes que podemos ver».
«La pregunta ahora es, ¿por qué este sistema?» Agrega el coautor Michael McDonald, profesor asociado de física en el MIT. «Este enorme Starburst podría ser algo que cada clúster atraviesa en algún momento, pero solo estamos viendo que sucede actualmente en un clúster. La otra posibilidad es que haya algo divergente en este sistema, y el Phoenix siguió un camino que otros sistemas No vayas.
Caliente y frío
El grupo Phoenix fue visto por primera vez en 2010 por astrónomos utilizando el telescopio del Polo Sur en la Antártida. El clúster comprende alrededor de 1,000 galaxias y se encuentra en la constelación de Phoenix, después de lo cual se nombra. Dos años más tarde, McDonald lideró un esfuerzo para centrarse en Phoenix usando múltiples telescopios, y descubrió que la galaxia central del clúster era extremadamente brillante. La luminosidad inesperada se debió a una manguera de fuego de la formación de estrellas. Él y sus colegas estimaron que esta galaxia central estaba resultando estrellas a una tasa asombrosa de aproximadamente 1,000 por año.
«Antes del Phoenix, el clúster de Galaxy más formador de estrellas en el universo tenía alrededor de 100 estrellas por año, e incluso eso fue un caso atípico. El número típico es un solo», dice McDonald. «El Phoenix está realmente compensado por el resto de la población».
Desde ese descubrimiento, los científicos han registrado el clúster de vez en cuando para que pistas expliquen la producción estelar anormalmente alta. Han observado bolsas de tanto gas ultrahot, de aproximadamente 1 millón de grados Fahrenheit, y regiones de gas extremadamente frío, de 10 celvas, o 10 grados por encima del cero absoluto.
La presencia de gas muy caliente no es una sorpresa: la mayoría de las galaxias masivas, jóvenes y viejos, albergan agujeros negros en sus núcleos que emiten aviones de partículas extremadamente enérgicas que pueden calentar continuamente el gas y el polvo de la galaxia a lo largo de la vida útil de una galaxia. Solo en las primeras etapas de una galaxia, parte de este gas de gas se enfría drásticamente drásticamente a las temperaturas ultracoldas que luego pueden formar estrellas. Para la galaxia central del clúster de Phoenix, que debería estar más allá de la etapa del enfriamiento extremo, la presencia de gas ultragráfico presentó un rompecabezas.
«La pregunta ha sido: ¿de dónde vino este gas frío?» McDonald dice. «No es un hecho que el gas caliente se enfriará, porque podría haber un agujero negro o retroalimentación de supernova. Por lo tanto, hay algunas opciones viables, la más simple es que este gas frío fue arrojado al centro desde otras galaxias cercanas. El otro. es que este gas de alguna manera se está enfriando directamente del gas caliente en el núcleo «.
Letreros de neón
Para su nuevo estudio, los investigadores trabajaron bajo una suposición clave: si el gas frío y formador de estrellas del clúster de Phoenix proviene de la galaxia central, en lugar de las galaxias circundantes, la galaxia central no solo debe tener bolsillos de calor y frío Gas, pero también gas que está en una fase intermedia «cálida». Detectar dicho gas intermedio sería como atrapar el gas en medio de un enfriamiento extremo, sirviendo como prueba de que el núcleo del clúster era de hecho la fuente del combustible estelar frío.
Después de este razonamiento, el equipo buscó detectar cualquier gas cálido dentro del núcleo de Phoenix. Buscaron gas que estuviera en algún lugar entre 10 kelvins y 1 millón de kelvins. Para buscar este gas de oro de oro en un sistema que está a 5,8 mil millones de años de luz, los investigadores buscaron a JWST, que es capaz de observar más y más claramente que cualquier observatorio hasta la fecha.
El equipo utilizó el espectrómetro de resolución media en el instrumento de infrarrojo medio de JWST (MIRI), que permite a los científicos mapear la luz en el espectro infrarrojo. En julio de 2023, el equipo centró el instrumento en el núcleo de Phoenix y recopiló 12 horas de imágenes infrarrojas. Buscaron una longitud de onda específica que se emite cuando el gas, específicamente el gas neón, se somete a una cierta pérdida de iones. Esta transición ocurre en alrededor de 300,000 kelvins, o 540,000 grados Fahrenheit, una temperatura que está dentro del rango «cálido» que los investigadores buscaron detectar y mapear. El equipo analizó las imágenes y mapeó las ubicaciones donde se observó gas caliente dentro de la galaxia central.
«Este gas de 300,000 grados es como un letrero de neón que brilla en una longitud de onda específica de luz, y pudimos ver grupos y filamentos en todo nuestro campo de visión», dice Reefe. «Podrías verlo en todas partes».
Según el alcance del gas cálido en el núcleo, el equipo estima que la galaxia central está sufriendo un gran grado de enfriamiento extremo y está generando una cantidad de gas ultracoldo cada año que es igual a la masa de aproximadamente 20,000 soles. Con ese tipo de suministro de combustible estelar, el equipo dice que es muy probable que la Galaxia Central esté generando su propio Starburst, en lugar de usar combustible de las galaxias circundantes.
«Creo que entendemos bastante completamente lo que está sucediendo, en términos de lo que está generando todas estas estrellas», dice McDonald. «No entendemos por qué. Pero este nuevo trabajo ha abierto una nueva forma de observar estos sistemas y comprenderlos mejor».
Este trabajo fue financiado, en parte, por la NASA.
