Las galaxias respiran gas y cuando dejan de hacerlo, no se forman más estrellas

Durante la mayor parte de la historia de la astronomía, todo lo que pudimos ver fueron estrellas. Pudimos verlos individualmente, en cúmulos, en nebulosas y en manchas borrosas que pensábamos que eran cúmulos de estrellas pero que en realidad eran galaxias. La cuestión es que la mayor parte de lo que hay ahí fuera es mucho más difícil de ver que las estrellas y las galaxias. Es gasolina.

Ahora que los astrónomos pueden ver el gas mejor que nunca, podemos ver cómo las galaxias lo inhalan y exhalan. Cuando dejan de respirar, las estrellas dejan de formarse.

En los primeros días del universo, todo era gas. No había estrellas ni galaxias. Si avanzamos unos 13.500 millones de años, veremos galaxias y sus estrellas en casi todos los lugares donde miremos. Pero la gran mayoría de la materia de una galaxia sigue siendo gas.

El gas está por todas partes. Cuando está en el espacio entre galaxias, lo llamamos medio intergaláctico. Cuando el gas rodea una galaxia, la llamamos gas circungaláctico. No existe ninguna barrera entre ellos, son sólo nombres que utilizan los astrónomos para hablar de ellos.

Los astrónomos están empezando a comprender el flujo de gas entre una galaxia, su entorno circungaláctico y su entorno intergaláctico. El flujo regula la formación de estrellas y cuando este flujo se detiene, la galaxia deja de respirar.

Las estrellas, la gravedad y la temperatura y densidad del gas desempeñan un papel en la respiración de la galaxia. Cuando el universo comenzó a funcionar, el gas se acumuló en galaxias y formó estrellas. Cuando las estrellas mueren, especialmente como supernovas, expulsan gas. En este punto, el gas está relativamente caliente, es difuso y resiste la compresión.

Pero a medida que el gas abandona la galaxia, se enfría. A medida que se enfría, su densidad aumenta y la gravedad de la galaxia puede reforzar su control sobre ella. Luego, el gas regresa a la galaxia, donde puede salir nuevamente de las nubes y formar estrellas. Así es como se recicla o inspira el gas dentro y fuera de las galaxias.

Los astrónomos no conocieron esta respiración galáctica hasta la década de 1960, cuando pudieron observar la luz de quásares distantes viajando a través de todo este gas. Los astrónomos ahora tienen mejores herramientas para observar este gas y su conocimiento está aumentando.

El CGM es una región mucho más pequeña que el IGM y también mucho más débil. Sin embargo, la región juega un papel vital en el reciclaje. «El CGM es una fuente de combustible para la formación de estrellas de una galaxia, el sitio para la retroalimentación y el reciclaje galácticos, y quizás el principal regulador del suministro de gas galáctico», dijo un investigador. artículo de 2017 Estados.

Los astrónomos que estudian el CGM han encontrado evidencia convincente de que hay galaxias que respiran. Proviene del estudio de nubes de gas separadas fuera de las galaxias. Algunas de estas nubes de gas tienen metalicidades más altas que otras nubes. Sólo las estrellas pueden crear metales, por lo que una nube de gas con mayor metalicidad debe ser un gas que sale de las estrellas. El gas de alta metalicidad es gas exhalado que alguna vez estuvo en una galaxia pero que ha sido expulsado.

Los astrónomos también descubrieron que el gas del CGM más cercano a la galaxia tiene mayor metalicidad. «El medio circungaláctico puede incluso provocar fascinación: ¿Podrían los elementos pesados ​​de la Tierra haber oscilado varias veces a través del CGM de la Vía Láctea antes de la formación del sistema solar?» pregunta el periódico de 2017.

Los astrónomos han recurrido a estudios a gran escala para investigar más profundamente la respiración galáctica. Resulta que el gas del CGM es hasta 1.000 veces más denso que el gas del IGM. Su temperatura oscila entre 10.000 y 1 millón de Kelvin, que es a la vez más fría y más caliente que el gas del IGM. Pero todavía es difícil ver qué está pasando exactamente. Las señales del flujo de gas a menudo se superponen con señales de la propia galaxia, lo que dificulta su estudio. Por otro lado, el gas que sale es más fácil de ver.

La causa de las salidas es incierta. Las supernovas podrían desempeñar un papel, al igual que los poderosos vientos estelares provenientes de estrellas jóvenes, masivas y calientes. Los chorros y la retroalimentación de los agujeros negros también pueden influir.

Cualesquiera que sean las causas absolutas de esta respiración gaseosa, ésta finalmente cesa. Los astrónomos llaman a esto “extinción” y existe amplia evidencia de ello. Una vez extinta, una galaxia se llama “galaxia inactiva” y ya no forma estrellas. En los estudios del cielo, las galaxias que respiran todavía están formando estrellas y aparecen de color azul, mientras que las galaxias inactivas aparecen de color rojo. No hay mucho entre ellos.

Pero los astrónomos se enfrentan al mismo problema para comprender la extinción que el de los flujos de gas en las galaxias: la falta de pruebas sólidas. Y algunas de las pruebas que tienen los astrónomos son muy intrigantes.

Por ejemplo, alguna investigación encontró gas ligado gravitacionalmente a galaxias rojas extintas. El gas es lo suficientemente frío y denso como para formar estrellas, pero por alguna razón no cae en las galaxias. Así que hay mucho combustible para la formación de estrellas, pero no puede llegar a la galaxia.

La dificultad para observar el gas que cae significa que, por ahora, una comprensión más completa de la respiración galáctica está fuera de nuestro alcance. Pero los astrónomos tienen otra herramienta: las simulaciones.

Una simulación, llamada FIRE: Feedback In Realistic Environments, modela la formación de galaxias y sus estrellas a medida que el gas entra y sale de ellas durante miles de millones de años. Una de las simulaciones muestra la formación de una galaxia, la Vía Láctea, con el tiempo. La formación de galaxias nunca termina, y la simulación proporciona una visualización útil del gas caliente que sale de la galaxia mientras que el gas frío y denso regresa a ella.

Tan pronto como las estrellas dejan de formarse, los planetas también lo hacen. Por extensión, probablemente ocurra lo mismo con la vida. Desde esta perspectiva, la extinción de una galaxia es la extinción de posibilidades. ¿Cómo sería ser un astrónomo extraterrestre dentro de una galaxia que se ha extinguido, donde las estrellas están envejeciendo y no se están formando otras nuevas? Es un pensamiento extraño y melancólico.

Pero algún día se extinguirán algo más que las galaxias. Vivimos en la Era Estelar, donde la materia se organiza en planetas, estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias. Dentro de unos 100 billones de años, esta era terminará, como si todo el universo se hubiera extinguido. Lo único que quedará serán enanas blancas, enanas marrones, estrellas de neutrones y agujeros negros.

No se volverán a formar nuevas estrellas, el universo será oscuro y frío, y todo lo que la humanidad haya reflexionado alguna vez, incluso cómo las galaxias respiran gas y forman estrellas, será discutible.