Descubriendo el origen de los raros círculos de radio del universo

No todos los días los astrónomos preguntan: «¿Qué es esto?» Al fin y al cabo, se conocen la mayoría de los fenómenos astronómicos observados: estrellas, planetas, agujeros negros y galaxias. Pero en 2019, el telescopio ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder) recientemente terminado capturó algo que nadie había visto antes: círculos de ondas de radio tan grandes que contenían galaxias enteras en sus centros.

Mientras la comunidad de astrofísica intentaba determinar qué eran estos círculos, también querían saber “por qué” existían. Ahora, un equipo dirigido por la profesora de astronomía y astrofísica de la Universidad de California en San Diego, Alison Coil, cree haber encontrado la respuesta: los círculos son capas formadas por el flujo de vientos galácticos, posiblemente a partir de estrellas masivas en explosión conocidas como supernovas. Su trabajo está publicado en Naturaleza.

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

«Estas galaxias son realmente interesantes», dijo Coil, quien también es presidente del Departamento de Astronomía y Astrofísica. «Ocurren cuando dos grandes galaxias chocan. La fusión empuja todo el gas hacia una región muy pequeña, lo que provoca un intenso estallido de formación estelar. Las estrellas masivas se queman rápidamente y, cuando mueren, expulsan su gas en forma de vientos».

Enorme, raro y de origen desconocido

Los avances tecnológicos permitieron a ASKAP escanear grandes porciones del cielo en límites muy tenues, lo que hizo que extraños círculos de radio (ORC) fueran detectables por primera vez en 2019. Los ORC eran enormes: cientos de kiloparsecs de diámetro, donde un kiloparsec equivale a 3260 luz. años. (Como referencia, la Vía Láctea tiene unos 30 kiloparsecs de ancho).

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 han logrado discriminar entre las teorías.

Coil y sus colaboradores estaban intrigados y pensaron que era posible que los anillos de radio fueran un desarrollo de las últimas etapas de las galaxias estelares que estaban estudiando. Comenzaron a investigar ORC 4, el primer ORC descubierto que es observable en el hemisferio norte.

Hasta entonces, los ORC sólo se habían observado a través de sus emisiones de radio, sin ningún dato óptico. El equipo de Coil utilizó un espectrógrafo de campo integral en el Observatorio WM Keck en Maunakea, Hawaii, para observar ORC 4, que reveló una enorme cantidad de gas comprimido, calentado y altamente luminoso, mucho más de lo que se ve en una galaxia promedio.

Con más preguntas que respuestas, el equipo empezó a trabajar como detective. Utilizando datos de imágenes ópticas e infrarrojas, determinaron que las estrellas dentro de la galaxia ORC 4 tenían aproximadamente 6 mil millones de años. «Hubo un estallido de formación estelar en esta galaxia, pero terminó hace unos mil millones de años», dijo Coil.

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

Sus simulaciones mostraron que los vientos galácticos soplaron durante 200 millones de años antes de apagarse. Cuando el viento se detuvo, un choque hacia adelante continuó expulsando gas a alta temperatura fuera de la galaxia y creó un anillo de radio, mientras que un choque inverso envió gas más frío de regreso a la galaxia. La simulación tuvo lugar a lo largo de 750 millones de años, dentro de la edad estelar estimada por ORC 4 de mil millones de años.

«Para que esto funcione, se necesita una alta tasa de flujo de masa, lo que significa que está expulsando una gran cantidad de material muy rápidamente. Y el gas circundante fuera de la galaxia tiene que ser de baja densidad, de lo contrario el choque se detiene. Estos son los dos factores principales «, dijo Bobina.

«Resulta que las galaxias que hemos estado estudiando tienen altas tasas de flujo de masa. Son raras, pero existen. Realmente creo que esto apunta a que los ORC se originan a partir de algún tipo de viento galáctico saliente».

Los vientos salientes no solo pueden ayudar a los astrónomos a comprender los ORC, sino que los ORC también pueden ayudar a los astrónomos a comprender los vientos salientes.

«Los ORC proporcionan una manera de 'ver' los vientos a través de datos de radio y espectroscopia», dijo Coil.

«Esto podría ayudarnos a determinar qué tan comunes son estos vientos galácticos extremos y cuál es el ciclo de vida del viento. También podrían ayudarnos a aprender más sobre la evolución galáctica: ¿todas las galaxias masivas pasan por una fase ORC? ¿Las espirales se vuelven elípticas cuando ya no lo son? ¿Estrellas que ya no se forman? Creo que podemos aprender mucho sobre los ORC y de los ORC.