Este artículo es una publicación invitada de Anna Ho, quien actualmente está investigando sobre estrellas en la Vía Láctea a través de una beca Fulbright de un año en el Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg, Alemania.
En la Vía Láctea, un promedio de siete nuevas estrellas nacen cada año. En la lejana galaxia GN20, un promedio sorprendente de 1,850 nuevas estrellas nacen cada año. "¿Cómo?", Podrías preguntar, indignado en nombre de nuestro hogar galáctico, "¿GN20 maneja 1,850 nuevas estrellas en el tiempo que le toma a la Vía Láctea lograr una?"
Para responder a esto, idealmente tendríamos una mirada detallada a los viveros estelares en GN20, y una mirada detallada a los viveros estelares en la Vía Láctea, y veremos qué hace que el primero sea mucho más productivo que el segundo.
Pero GN20 está simplemente demasiado lejos para una mirada detallada.
Esta galaxia es tan distante que su luz tardó doce mil millones de años en llegar a nuestros telescopios. Como referencia, la Tierra misma tiene solo 4.500 millones de años y se cree que el universo tiene unos 14.000 millones de años. Dado que la luz tarda en viajar, mirar hacia el espacio significa mirar hacia atrás en el tiempo, por lo que GN20 no solo es una galaxia distante, sino también muy antigua. Y, hasta hace poco, la visión de los astrónomos de estas lejanas y antiguas galaxias ha sido borrosa.
Considere lo que sucede cuando intenta cargar un video con una conexión lenta a Internet, o cuando descarga una imagen de baja resolución y luego la estira. La imagen está pixelada. Lo que una vez fue la cara de una persona se convierte en unos pocos cuadrados: un par de cuadrados marrones para el cabello, un par de cuadrados rosados para la cara. La imagen de baja definición hace que sea imposible ver detalles: los ojos, la nariz, la expresión facial.
Una cara tiene muchos detalles y una galaxia tiene muchos viveros estelares variados. Pero la mala resolución, resultado simplemente del hecho de que las galaxias antiguas como GN20 están separadas de nuestros telescopios por grandes distancias cósmicas, ha obligado a los astrónomos a desdibujar toda esta rica información en un solo punto.
La situación es completamente diferente aquí en casa en la Vía Láctea. Los astrónomos han podido mirar profundamente en las guarderías estelares y presenciar el nacimiento estelar con asombrosos detalles. En 2006, el Telescopio Espacial Hubble tomó esta foto de acción sin precedentes detallada del nacimiento estelar en el corazón de la Nebulosa de Orión, una de las guarderías estelares más famosas de la Vía Láctea:
Hay más de 3.000 estrellas en esta imagen: los puntos brillantes son estrellas recién nacidas que han emergido recientemente de sus capullos. Los capullos estelares están hechos de gas: miles de estos capullos de gas se encuentran enclavados en inmensos viveros cósmicos, que son ricos en gas y polvo. La región central de esa imagen del Hubble, encerrada por lo que parece una burbuja, es tan clara y brillante porque las estrellas masivas dentro han expulsado el polvo y el gas del que fueron forjados. Los majestuosos viveros estelares se encuentran dispersos por toda la Vía Láctea, y los astrónomos han tenido mucho éxito al descubrirlos para comprender cómo se forman las estrellas.
Observar guarderías tanto aquí en casa como en galaxias relativamente cercanas ha permitido a los astrónomos dar grandes pasos para comprender el nacimiento estelar en general: y, en particular, lo que hace que una guardería, o una región de formación estelar, sea "mejor" para construir estrellas que otra. La respuesta parece ser: cuánto gas hay en una región en particular. Más gas, tasa más rápida de nacimiento de estrellas. Esta relación entre la densidad del gas y la tasa de natalidad estelar se llama Ley de Kennicutt-Schmidt. En 1959, el astrónomo holandés Maarten Schmidt planteó la cuestión de cómo exactamente el aumento de la densidad del gas influye en el nacimiento de una estrella, y cuarenta años después, en una ilustración de cómo los diálogos científicos pueden abarcar décadas, su colega estadounidense Robert Kennicutt utilizó datos de 97 galaxias para responderle .
Comprender la Ley Kennicutt-Schmidt es crucial para determinar cómo se forman las estrellas e incluso cómo evolucionan las galaxias. Una pregunta fundamental es si hay una regla que gobierna todas las galaxias, o si una regla gobierna nuestro vecindario galáctico, pero una regla diferente gobierna las galaxias distantes. En particular, una familia de galaxias distantes conocidas como "galaxias de estallido estelar" parece contener viveros particularmente productivos. Diseccionar estas fábricas estelares distantes y altamente eficientes significaría explorar galaxias como solían ser, cerca del comienzo del universo.
Ingrese GN20. GN20 es una de las galaxias Starburst más brillantes y productivas. Anteriormente un punto pixelado en las imágenes de los astrónomos, GN20 se ha convertido en un ejemplo de una transformación en la capacidad tecnológica.
En diciembre de 2014, un equipo internacional de astrónomos dirigido por la Dra. Jacqueline Hodge del Observatorio Nacional de Radioastronomía en los EE. UU., Y compuesto por astrónomos de Alemania, el Reino Unido, Francia y Austria, pudieron construir una imagen detallada sin precedentes del viveros estelares en GN20. Sus resultados fueron publicados a principios de este año.
La clave es una técnica llamada interferometría: observar un objeto con muchos telescopios y combinar la información de todos los telescopios para construir una imagen detallada. El equipo del Dr. Hodge utilizó algunos de los interferómetros más sofisticados del mundo: el Very Large Array (VLA) Karl G. Jansky en el desierto de Nuevo México y el Interferómetro Plateau de Bure (PdBI) a 2550 metros (8370 pies) sobre el nivel del mar nivel en los Alpes franceses.
Con los datos de estos interferómetros, así como del telescopio espacial Hubble, convirtieron lo que solía ser un punto en la siguiente imagen compuesta:
Esta es una imagen de color falso, y cada color representa un componente diferente de la galaxia. El azul es luz ultravioleta, capturada por el telescopio espacial Hubble. El verde es gas molecular frío, fotografiado por el VLA. Y el rojo es polvo cálido, calentado por la formación estelar que está ocultando, detectado por el PdBI.
La separación de un píxel en muchos permitió al equipo determinar que las guarderías en una galaxia de estallido estelar como GN20 son fundamentalmente diferentes de las de una galaxia "normal" como la Vía Láctea. Dada la misma cantidad de gas, GN20 puede producir órdenes de magnitud más estrellas que la Vía Láctea. No solo tiene más materia prima: es más eficiente para formar estrellas a partir de ella.
Este tipo de estudio es actualmente exclusivo del caso extremo de GN20. Sin embargo, será más común con la nueva generación de interferómetros, como el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).
Ubicada a 5000 metros (16000 pies) de altura en los Andes chilenos, ALMA está preparada para transformar la comprensión de los astrónomos sobre el nacimiento estelar. Los telescopios de última generación están permitiendo a los astrónomos hacer el tipo de ciencia detallada con galaxias distantes, galaxias antiguas del universo primitivo, que alguna vez se pensó que solo era posible para nuestro vecindario local. Esto es crucial en la búsqueda científica de leyes físicas universales, ya que los astrónomos pueden probar sus teorías más allá de nuestro vecindario, a través del espacio y a través del tiempo.
