El blog de Antares

A tan solo mil millones de años luz, en el cercano cúmulo de galaxias conocido como Abell 2597, hay una gigantesca fuente galáctica. En el corazón de una galaxia distante se ha observado un agujero negro masivo bombeando un gran chorro de gas molecular frío hacia el espacio, que luego vuelve a caer sobre el agujero negro cual diluvio intergaláctico. La entrada y salida de materia de tamaña fuente cósmica nunca habían sido observadas juntas, y tienen su origen en el interior de la galaxia más brillante del cúmulo Abell 2597, a 100.000 años-luz.

"Posiblemente, este sea el primer sistema en el cual encontramos evidencias claras de ambos flujos de gas molecular: el frío que va hacia el agujero negro y el que sale o se eleva desde los chorros que lanza el agujero negro", explica Grant Tremblay, investigador del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian y antiguo becario de ESO, que dirigió este estudio. "El agujero negro supermasivo del centro de esta galaxia gigante actúa como una bomba mecánica en una fuente".

Tremblay y su equipo utilizaron ALMA para rastrear la posición y el movimiento de las moléculas de monóxido de carbono dentro de la nebulosa. Se descubrió que estas moléculas frías, con temperaturas tan bajas como 250–260° C bajo cero, caían hacia el agujero negro. El equipo también utilizó datos de MUSE, un instrumento del VLT (Very Large Telescope) de ESO, para estudiar el gas más caliente, lanzado fuera del agujero negro en forma de chorros.

"Aquí lo destacado es el análisis acoplado, muy detallado, de la fuente, utilizando datos de ALMA y MUSE", explica Tremblay. "Las dos instalaciones combinadas ofrecen un resultado increíblemente potente".

Unidos, estos dos conjuntos de datos forman una imagen completa del proceso; el gas frío cae hacia el agujero negro, encendiendo el agujero negro y provocando que este lance chorros rápidos de plasma incandescente hacia el vacío. Luego, estos chorros emergen del agujero negro formando una espectacular fuente galáctica. Sin esperanza de escapar de las garras gravitatorias de la galaxia, el plasma se enfría, se ralentiza y, finalmente, cae de nuevo hacia el agujero negro en forma de lluvia, donde el ciclo vuelve a empezar.

Esta observación sin precedentes podría arrojar luz sobre el ciclo de vida de las galaxias. El equipo especula que este proceso puede ser no sólo común, sino también esencial para comprender la formación de la galaxia. Aunque ya se habían detectado previamente tanto la entrada como la salida de gas molecular frío, esta es la primera vez que ambos fenómenos se han detectado dentro de un mismo sistema, y por lo tanto la primera evidencia de que forman parte del mismo gran proceso.

Abell 2597 se encuentra en la constelación de Acuario y se llama así por estar incluido en el Catálogo Abell de ricos cúmulos de galaxias. El catálogo también incluye cúmulos como el cúmulo de Fornax, el cúmulo de Hércules, o el cúmulo de Pandora.

Un gigantesco frente frío en el cúmulo galáctico de Perseo ha sido el objetivo de un trío de telescopios de rayos X.

Este antiguo frente frío se puede apreciar a la izquierda de la imagen, mientras se aleja del frente más joven y mucho más cercano al centro. Los frentes fríos galácticos tienen poco que ver con los frentes fríos que experimentamos en la Tierra, ya que se deben a la colisión entre cúmulos de galaxias. La atracción gravitacional de un cúmulo mayor arrastra hacia sí a un cúmulo menor, lo que hace que el gas en su núcleo “chapotee” como si fuera el líquido de un vaso. Esto provoca un frente frío con un patrón en espiral que se va alejando del núcleo, y estos frentes fríos permiten estudiar el medio intercumular.

Los frentes fríos son las estructuras coherentes más antiguas en cúmulos de núcleos fríos, y este se aleja del centro cumular desde hace más de cinco mil millones de años, más tiempo de lo que lleva existiendo nuestro Sistema Solar. La larga estructura curvada se extiende alrededor de dos millones de años luz y viaja a unos cincuenta kilómetros por segundo.

La imagen combina datos del observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el observatorio XMM-Newton de la ESA y el satélite ROSAT dirigido por el centro aeroespacial alemán. Chandra también capturó un primer plano de la sección superior izquierda del frente frío, lo que reveló detalles inesperados.

El cúmulo de Perseo contiene miles de galaxias y un agujero negro supermasivo en el centro. Este último es responsable de crear un entorno adverso de ondas sonoras y turbulencias que deberían erosionar cualquier frente frío con el tiempo, suavizando sus límites antes nítidos y provocando cambios graduales en la densidad y la temperatura. No obstante, la imagen de alta resolución de Chandra mostró un borde sorprendentemente definido en el frente frío, y un mapa de temperatura reveló que la parte superior izquierda del frente frío está dividida en dos.

La nitidez de este frente frío sugiere que se ha preservado gracias a los fuertes campos magnéticos que lo envuelven y que, esencialmente, funcionan como un escudo gigante contra el entorno hostil. Esta “envoltura” magnética evita que el frente frío se difumine y le ha permitido sobrevivir más de cinco mil millones de años, mientras se aleja del centro del cúmulo.

Se piensa que la mayor parte de la materia del Universo es materia no bariónica, posiblemente compuesta por partículas que aún no conocemos. Según la teoría actual, si en la formación y evolución de galaxias solo influyen las interacciones gravitatorias, las galaxias deberían estar rodeadas por extensos esferoides de partículas de materia oscura siguiendo una distribución concreta y cuya densidad aumenta conforme nos acercamos a su centro.

Sin embargo, “se está alcanzando el consenso de que los procesos debidos a la componente bariónica de las galaxias, pueden alterar la distribución de materia oscura, haciéndola menos densa en el centro”, comentan Arianna Di Cintio y Chris B. Brook, astrofísicos del IAC y de la ULL.

Los cálculos analíticos y simulaciones muestran que, en principio, la energía que proviene de las explosiones de supernovas tipo II, asociadas a la muerte de estrellas masivas, pueden presionar el gas repetidamente hacia las partes externas. Esto provocaría un cambio en el potencial gravitatorio en el centro de las galaxias, reajustando la distribución de materia oscura, que se volvería menos densa en las regiones centrales.

“Es de crucial importancia cuantificar cómo los procesos relacionados con la muerte de las estrellas pueden afectar a las propiedades de la distribución de la materia oscura”, informan Giuseppina Battaglia y José Ramón Bermejo-Climent, astrofísica del IAC y de la ULL e investigador del National Institute of Astrophysics (INAF) y antiguo alumno de la Universidad de La Laguna, respectivamente. Y añaden: “Esto ayuda a la comunidad a poner a prueba las teorías sobre la materia oscura”.

En este estudio, los autores han utilizado datos precisos sobre la cantidad de estrellas formadas en las primeras fases de la vida cuando el Universo apenas tenía una cuarta parte de su edad actual, de 16 galaxias enanas del Grupo Local al que pertenece la Vía Láctea.

“Nuestro Grupo Local –explican los investigadores del IAC y de la ULL Carme Gallart y Matteo Monelli- nos ofrece la posibilidad de calcular cuántas estrellas han nacido y muerto en la historia de las galaxias que lo componen desde los primeros tiempos, porque podemos estudiar estos sistemas con exquisito detalle gracias a su proximidad”.

Calculando la cantidad de energía asociada a las estrellas masivas que se espera que hayan explotado en forma de supernova tipo II en los primeros miles de millones de años de vida de estas galaxias, los autores han podido concluir que, salvo que más del 90% de esta energía se pierda en forma de radiación, estos procesos pueden inducir cambios en la densidad de los halos de materia oscura de las galaxias analizadas.

Los investigadores se atreven a augurar también cuáles de estos sistemas son los más prometedores para estudiar más a fondo. “Predecimos que, entre las galaxias enanas que rodean la Vía Láctea, las desviaciones más grandes de la estructura inicial de los halos de materia oscura deberían tener lugar en las galaxias enanas brillantes de Sculptor y Fornax”, afirman Bermejo-Climent y Battaglia. “Mientras que las galaxias enanas menos luminosas de Draco y Ursa Minor deberían haber sido más capaces de preservar las densidades centrales iniciales en sus halos de materia oscura”. El tiempo confirmará si las predicciones se hacen realidad.

Los estudios de este artículo se han llevado a cabo en colaboración con investigadores del MPIA, Heidelberg (Alemania), el Centro de Astrofísica Teórica y Cosmología de la Universidad de Zurich (Suiza), el Instituto de Astronomía de la Universidad de Edimburgo (Reino Unido) y el Departamento de Física de la Universidad de Surrey (Reino Unido).

• Artículo: J.R. Bermejo-Climent et al. On the early evolution of Local Group dwarf galaxy types: star formation and supernova feedback. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 479, Issue 2, 11 September 2018, Pages 1514–1527, https://doi.org/10.1093/mnras/sty1651

A primera vista, esta imagen parece inundada por el efecto de nieve que produce la electricidad estática, pero no, no es un problema de visualización.

No se trata de ruido estático ni de pixelado: cada punto de luz en esta imagen es una galaxia distante detectada por el observatorio espacial Herschel de la ESA. Cada una de estas minúsculas marcas representa el ‘calor’ que emanan los granos de polvo que se hallan entre las estrellas de cada galaxia. Esta radiación ha tardado miles de millones de años en llegar a nosotros y, en la mayoría de casos, se emitió mucho antes de que se formaran la Tierra y el Sistema Solar.

La imagen muestra un mapa del polo norte galáctico capturado por el receptor de imágenes espectrales y fotométricas SPIRE de Herschel. Al igual que sucede con la Tierra, los astrónomos utilizan un sistema de coordenadas para definir las distintas ubicaciones a escala cósmica. En el caso de la Vía Láctea, este sistema de coordenadas es esférico, con el Sol en el centro, y ofrece valores de longitud y latitud en el firmamento con respecto a nuestra galaxia.

El polo norte galáctico se encuentra lejos del disco de la Vía Láctea y ofrece una vista clara y sin obstáculos del Universo distante, más allá de nuestra galaxia anfitriona. Se sitúa en algún lugar en la constelación boreal de Coma Berenices (Cabellera de Berenice), una región que también alberga un rico cúmulo galáctico conocido como el Cúmulo de Coma. Da la casualidad de que este cúmulo está incluido en este mapa, lo que suma más de mil puntos de luz más al recuento de galaxias individuales.

Herschel, que permaneció activo entre 2009 y 2013, empleó sus instrumentos para estudiar el firmamento en el infrarrojo lejano. SPIRE resultó especialmente útil para cartografiar grandes áreas, y observó el polo norte galáctico con tres filtros distintos al mismo tiempo, por lo que sus observaciones se pueden utilizar para producir imágenes multicolor.

La imagen de hoy constituye un mapa de un solo filtro, se obtuvo a una longitud de onda de 250 μm como parte del programa H-ATLAS (Herschel Astrophysical Terahertz Large Area Survey) y abarca unos 180,1 grados cuadrados del firmamento. Durante el proyecto se utilizaron SPIRE y otro instrumento de Herschel, PACS (cámara y espectrómetro con conjuntos de detectores fotoconductores) para explorar unos 660 grados cuadrados del cielo en cinco bandas de longitud de onda y producir los mapas del infrarrojo lejano más completos jamás elaborados más allá de nuestra galaxia.

La estructura de Universo se asemeja a la de una esponja a la que, comúnmente, se le llama red cósmica. La materia se dispone a lo largo de filamentos que se entrecruzan, dejando zonas donde la materia se acumula y otras en las que casi no hay. En los puntos de mayor densidad, las galaxias se agrupan, formando cúmulos de galaxias. Estos sistemas, que pueden contener miles de galaxias, son las estructuras con mayor masa del Universo.

El estudio de la red cósmica es uno de los retos de la Astrofísica actual. Se desconocen las propiedades de las componentes principales de la materia a estas escalas. Por ello, usamos términos como “materia oscura” y “energía oscura”. La primera supone hasta un 20% de la masa total del Universo y es la responsable de mantener a las estructuras unidas gravitatoriamente. Es decir, actúa como pegamento. La segunda, por el contrario, conforma el 75% del Universo y está relacionada con el modo en que el Universo se expande. La materia ordinaria, es decir, las galaxias, el gas, el polvo, las estrellas, etc. apenas representa un 5% de la masa del Universo, pero tienen el importante papel de trazar las fuerzas y propiedades de la materia y la energía oscura.

Un equipo internacional, liderado por Mauro Sereno, de la Universidad de Bolonia, en el que también han participado el IAC y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), ha localizado uno de los cúmulos de galaxias más densos del Universo. El estudio analiza, por primera vez, las zonas más externas del cúmulo de galaxias PSZ2 G099.86+58.45 hasta una distancia de 30 megaparsecs, una región en la que hasta ahora no se conocía cómo se distribuía la masa, ni si a estas distancias la materia estaba ligada por la gravedad del cúmulo.

El ambiente en torno a los cúmulos de galaxias incluye otras estructuras como “filamentos”, otros cúmulos vecinos y la materia que cae hacia el cúmulo central más masivo. “Este estudio revela que la densidad de materia alrededor del cúmulo estudiado es hasta seis veces mayor que lo que se espera”, señala Mauro Sereno, investigador principal de este trabajo. Asimismo, se ha descubierto que los mecanismos de acrecimiento de masa pueden llegar a producir densidades muy altas, incluso a grandes distancias de los cúmulos galácticos.

El trabajo se ha basado en el efecto de “lente gravitatoria”, que consiste en que la masa del cúmulo y la materia circundante desvían la luz procedente de galaxias más lejanas, modificando la forma observada de estas galaxias de fondo. Cuanto más denso y concentrado es el cuerpo que actúa de lente, mayor es la deformación de las galaxias del fondo. El estudio estadístico de las deformaciones de más de 150.000 galaxias del fondo, también llamado efecto de lente débil o “weak lensing”, realizado con imágenes profundas obtenidas con el telescopio CFHT (Canada-France-Hawaii Telescope), ha permitido conocer la distribución, masa y densidad de materia entorno al cúmulo PSZ2 G099.86+58.45. Los resultados revelan que este cúmulo supone un caso excepcionalmente raro, que no ajusta bien a los modelos de formación de estructuras. Esto implica que debe de haber mecanismos de acrecimiento de materia mucho más eficaces a los que hoy conocemos.

Si bien los modelos ajustan adecuadamente la densidad superficial de masa en regiones internas de los cúmulos de galaxias, hasta los 5-7 megaparsecs, más allá, en las regiones externas, los modelos deben implementar una componente adicional para ajustar los datos observacionales. “Esta componente de masa es totalmente desconocida, ni las simulaciones numéricas de cúmulos de galaxias y estructuras a gran escala predicen su existencia”, explica Rafael Barrena, investigador del IAC y uno de los autores del artículo publicado en Nature Astronomy. “Con lo cual –añade- estamos ante la evidencia observacional de grandes cantidades de materia donde no lo esperábamos”.

El grupo del IAC que participa en esta publicación ha observado espectroscópicamente una muestra de las galaxias que forman parte del cúmulo PSZ2 G099.86+58.45 usando el espectrógrafo multiobjeto OSIRIS, instalado en el Gran Telescopio Canarias (GTC), en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). Midiendo las velocidades a las que se mueven estas galaxias es posible determinar la masa total del cúmulo. En la práctica, este problema sería como determinar la masa del Sol a partir de la velocidad con la que se mueven los planetas. Utilizando esta técnica han logrado medir la masa total del cúmulo. Los resultados confirman que PSZ2 G099.86+58.45 es un cúmulo de galaxias muy masivo y denso, y que los efectos de su altísima gravedad se extienden a distancias extremadamente grandes, mucho más de lo que los modelos predicen.

“Estamos ante un estudio que abre la puerta a una región del Universo que hasta ahora no ha sido suficientemente explorada, la frontera límite de los cúmulos de galaxias”, señala la investigadora del IAC y coautora del artículo Alina Streblyanska. Una zona que puede aportar mucha información a la hora de estudiar estos sistemas, cómo se forman y cómo evolucionan las estructuras más masivas del Universo. “Con este estudio se da otro pequeño paso en el conocimiento de la materia oscura y cómo ésta se distribuye en la red cósmica del Universo”, concluye Antonio Ferragamo.

• Artículo: M. Sereno et al. Gravitational lensing detection of an extremely dense environment around a galaxy cluster. Nature Astronomy (2018). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-018-0508-y

Tras realizar un análisis espectroscópico con el instrumento MUSE, instalado en el VLT (Very Large Telescope), que se encuentra en el Observatorio Europeo Austral (Chile), un equipo liderado por la astrofísica del IAC Ana Monreal Ibero ha probado la existencia de bandas interestelares difusas (DIB) en las Galaxias Antena, a 70 millones de años luz de la Tierra. De esta manera, ha demostrado que existe material probablemente orgánico en otras galaxias más allá de nuestro vecindario galáctico.

El espectro electromagnético de un objeto celeste (galaxia, estrella, etc.) resulta de descomponer su luz emitida en sus colores constituyentes. Las características de dicho espectro -por ejemplo, colores dominantes o ausentes- informan sobre las propiedades del objeto, como su velocidad y composición química. “Además, y por el mismo precio, -comenta la investigadora del IAC Ana Monreal- este análisis nos da información sobre el material que la luz encuentra en su camino hacia nosotros y, en particular, sobre el medio interestelar”. Las DIB son unas bandas oscuras que aparecen en los espectros de objetos astronómicos asociadas a este medio y cuyo origen, a día de hoy, es un misterio. No se pueden explicar con la presencia de moléculas simples y se sospecha que están causadas por material probablemente orgánico.

La mayoría de los estudios relacionados con ellas se reducen a objetos que se encuentran en la Vía Láctea, ya que son rasgos espectrales particularmente débiles. Fuera de nuestra galaxia existen algunas detecciones de DIB, en su mayoría en las Nubes de Magallanes, pero sólo en muy contadas ocasiones se han podido ver más allá de los confines del Grupo Local. No obstante, cuando miramos más allá de la Vía Láctea podemos ver cómo se comportan en condiciones del medio interestelar exóticas, como podría ser un brote de formación estelar.

Estas observaciones más allá de las galaxias que nos rodean pueden, por un lado, dar pistas adicionales sobre la posible naturaleza de las moléculas que causan las DIB. Y, por otro, proporcionar herramientas a los astrónomos para caracterizar el medio interestelar al que pertenecen.

“En nuestro trabajo, hemos explorado el potencial que puede tener en este campo la utilización de espectrógrafos de campo integral, como HARMONI, en cuya construcción participa el IAC”, explica Monreal. Y añade: “Para ello, hemos utilizado lo que constituye, a día de hoy, la crème de la crème en este tipo de instrumentación, MUSE a bordo del VLT, para obtener datos del sistema de galaxias espirales en fusión más cercano: las Galaxias Antena”.

El instrumento MUSE obtiene de un único disparo una cantidad ingente de espectros de un área celeste relativamente grande. “A base de sumar la señal de espectros vecinos y modelar y separar con cuidado la emisión debida a las estrellas y al gas ionizado en el sistema, hemos conseguido rescatar la señal de dos de las DIB más conocidas y, de hecho, las dos primeras en identificarse como tales, en más de 200 y 100 líneas de visión independientes”, explica Monreal.

El estudio también compara las detecciones obtenidas por el grupo con otras propiedades y componentes del medio interestelar en este sistema. En particular, la atenuación (directamente relacionada con la cantidad de polvo) y la distribución de hidrógeno atómico, gas molecular y unas bandas de emisión en el infrarrojo medio que también parecen asociadas a compuestos orgánicos.

• Artículo: Monreal-Ibero, A. et al. Diffuse interstellar bands λ5780 and λ5797 in the Antennae Galaxy as seen by MUSE. Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/201732178

Durante décadas, los astrónomos han tratado de averiguar sin éxito cuál es la fuente exacta de un tipo muy peculiar de luz muy tenue, en el rango de las microondas, que emana de varias regiones de la Vía Láctea. Conocida como emisión anómala de microondas (AME), se sabe que esta fantasmagórica radiación tiene su origen en la energía liberada por diminutas nanopartículas que giran muy rápidamente.

Pero nadie hasta ahora había conseguido averiguar la naturaleza de esas partículas.

En palabras de Jane Greaves, astrónoma de la Universidad de Cardiff y autora principal de un artículo recién publicado en Nature Astronomy, "aunque sabemos que algún tipo de partícula es responsable de esta luz de microondas, su fuente precisa ha sido un rompecabezas desde que se detectó por primera vez hace casi 20 años".

Hasta ahora, se creía que el culpable más probable de esta emisión de microondas era una clase de moléculas orgánicas conocidas como hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP): moléculas a base de carbono que se encuentran en el espacio interestelar y que se reconocen por la distintiva luz infrarroja que emiten.

Pero el estudio capitaneado por Jane Greaves ha demostrado que las misteriosas microondas proceden, con toda probabilidad, de pequeños cristales de carbono, también conocidos como nanodiamantes, que brillan en el interior de los discos de polvo y gas que rodean a las estrellas recién formadas.

Esas colecciones de polvo, gas y moléculas orgánicas, materiales "sobrantes" de la formación estelar, reciben el nombre de discos protoplanetarios y son precisamente los lugares en que los planetas empiezan a formarse. La elevada temperatura y las altas energías reinantes en el interior de estos discos favorecen, además, la formación de nanodiamantes. Tanto es así que los nanodiamantes de los discos protoplanetarios (miles de veces más pequeños que un grano de arena), se han encontrado ya a menudo en meteoritos en la Tierra.

"En una labor parecida a la de Sherlock Holmes para eliminar todas las demás posibles causas -explica Greaves- podemos decir con total confianza que el mejor y único candidato capaz de producir este brillo de microondas es la presencia de nanodiamantes alrededor de estas estrellas recién formadas ".

El nacimiento del Sistema Solar

Para llegar a sus resultados, el equipo se concentró en tres jóvenes estrellas que emiten luz AME utilizando los telescopios Robert C. Byrd Green Bank en West Virginia y el Australia Telescope Compact Array. Al estudiar la luz infrarroja procedente de los discos protoplanetarios que rodean esas estrellas, el equipo pudo relacionarla con la firma única de los nanodiamantes.

Los investigadores averiguaron de que la señal procedía de nanodiamantes hidrogenados, en los que la estructura cristalina de carbono está rodeada por moléculas portadoras de hidrógeno en su superficie.

"Se trata de una resolución genial e inesperada del enigma de la radiación anómala de microondas -continúa Greaves-. Y es aún más interesante si pensamos que se obtuvo al observar discos protoplanetarios, lo que arroja luz sobre las características químicas sobre el nacimiento de sistemas solares, incluido el nuestro".

Utilizando ALMA y el VLT, los astrónomos han descubierto que tanto las galaxias con estallido o brote de formación estelar (galaxias starburst) en el universo temprano como las regiones de formación estelar en una galaxia cercana, contienen una proporción mucho mayor de estrellas masivas que la detectada en galaxias más tranquilas. Estos resultados desafían las ideas actuales acerca de cómo evolucionaron las galaxias, cambiando nuestra comprensión de la historia cósmica de la formación estelar y de la formación de los elementos químicos.

Sondeando el universo distante, un equipo de científicos, liderados por el astrónomo Zhang Zhi Yu, de la Universidad de Edimburgo, ha utilizado el interferómetro ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para investigar la proporción de estrellas masivas en cuatro distantes galaxias ricas en gas con estallidos de formación estelar[1]. Estas galaxias se observan cuando el universo era mucho más joven de lo que es ahora, por lo que es poco probable que, en su infancia, hayan atravesado muchos episodios previos de formación de estrellas, lo cual podría haber confundido los resultados.

Zhang y su equipo desarrollaron una nueva técnica —análoga a la datación por radiocarbono (también conocida como datación por carbono-14) — para medir la abundancia de diferentes tipos de monóxido de carbono en cuatro galaxias con estallidos de formación estelar muy lejanas y envueltas en polvo [2]. Observaron la proporción de dos tipos de monóxido de carbono que contenían isótopos diferentes [3].

“Los isótopos de carbono y oxígeno tienen diferentes orígenes”, explica Zhang. “El 18O se produce más en estrellas masivas, y el 13C se produce más en estrellas de masa baja a intermedia”. Gracias a la nueva técnica el equipo pudo mirar a través del polvo de estas galaxias y evaluar por primera vez las masas de sus estrellas.

La masa de una estrella es el factor más importante para determinar cómo evolucionará. Las estrellas masivas brillan intensamente y tienen vidas cortas, y las menos masivas, como el Sol, brillan de forma más modesta durante miles de millones de años. Por tanto, para los astrónomos, conocer las proporciones de las estrellas de diferentes masas que se forman en las galaxias es la base para comprender la formación y evolución de las galaxias a lo largo de la historia del universo. A su vez, esto proporciona información crucial sobre los elementos químicos que formarán nuevas estrellas y planetas y, en última instancia, el número de semillas de agujeros negros que pueden fusionarse para formar los agujeros negros supermasivos que vemos en los centros de muchas galaxias.




La coautora Donatella Romano, del INAF-Observatorio de Ciencias Espaciales y Astrofísica de Bolonia, explica lo que ha descubierto el equipo: “La proporción de 18O y 13C fue unas 10 veces mayor en estas galaxias starburst en el universo temprano que en galaxias como la Vía Láctea, lo que significa que hay una proporción mucho mayor de estrellas masivas en estas galaxias starburst".

El hallazgo de ALMA es consistente con otro descubrimiento en el universo local. Utilizando el VLT (Very Large Telescope) de ESO, un equipo dirigido por Fabian Schneider, de la Universidad de Oxford (Reino Unido), hizo mediciones espectroscópicas de 800 estrellas en la gigantesca región de formación estelar 30 Doradus, en la Gran Nube de Magallanes, con el fin de investigar la distribución general de las edades estelares y las masas iniciales [4].

Schneider explicó “Detectamos alrededor de un 30% más de estrellas con masas de más de 30 veces la del Sol de lo esperado, y cerca de un 70% más de lo esperado con masas por encima de 60 masas solares. Nuestros resultados desafían el límite predicho anteriormente de 150 masas solares para la masa inicial máxima de las estrellas y sugieren incluso que ¡las estrellas podrían haberse formado con masas iniciales de hasta 300 masas solares!”.

Rob Ivison, coautor del nuevo artículo científico de ALMA, concluye: “Nuestros hallazgos nos llevan a cuestionar nuestra comprensión de la historia cósmica. Los astrónomos que construyen modelos del universo deben ahora volver a la casilla de salida, que ahora requiere de mayor sofisticación”. 

Notas

[1] Las galaxias starburst son galaxias que están experimentando un episodio de formación estelar muy intenso. La tasa a la cual se forman nuevas estrellas puede ser 100 veces o más la tasa de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Las estrellas masivas de estas galaxias producen radiaciones ionizantes, corrientes estelares y explosiones de supernova, que influyen significativamente en la evolución química y dinámica del medio que les rodea. Estudiar la distribución de la masa de las estrellas en estas galaxias puede decirnos más acerca de su propia evolución y de la evolución del universo en general.

[2] El método de datación por radiocarbono se utiliza para determinar la edad de un objeto que contenga materia orgánica. Midiendo la cantidad de 14C, que es un isótopo radiactivo cuya abundancia disminuye continuamente, se puede calcular cuándo murió una planta o un animal. Los isótopos utilizados en el estudio de ALMA, 13C y 18O, son estables y su abundancia aumenta continuamente durante la vida de una galaxia, siendo sintetizados por reacciones de fusión nuclear térmica dentro de las estrellas.

[3] Estas formas diferentes de la molécula se denominan isotopólogos y se diferencian en el número de neutrones que pueden tener. Las moléculas de monóxido de carbono utilizadas en este estudio son un ejemplo de tales especies moleculares, ya que un isótopo estable de carbono puede tener 12 o 13 nucleones en su núcleo, y un isótopo estable del oxígeno puede tener 16, 17 o 18 nucleones.

[4] Schneider et al. hicieron observaciones espectroscópicas de estrellas individuales en 30 Doradus, una región de formación estelar en la cercana Gran Nube de Magallanes, usando el instrumento FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph), instalado en el VLT (Very Large Telescope). Este estudio fue uno de los primeros en llevarse a cabo que ha sido lo suficientemente detallado como para mostrar que el universo es capaz de producir regiones de formación estelar con distribuciones de masas diferentes a la de la Vía Láctea.

Utilizando ALMA y el VLT, los astrónomos han descubierto que tanto las galaxias con estallido o brote de formación estelar (galaxias starburst) en el universo temprano como en el universo cercano, contienen una proporción mucho mayor de estrellas masivas que la detectada en galaxias más tranquilas.

A primera vista, esta imagen podría parecer una descarga eléctrica o un chorro de tinta roja filtrándose en el agua, pero se trata de una vista única de nuestro hogar en el cosmos. Esta imagen del plano central de la Vía Láctea es obra del satélite Planck de la ESA y el Experimento Pionero de Atacama (APEX), situado a unos 5.100 m de altitud en los Andes chilenos y operado por el Observatorio Europeo Austral.

La imagen fue publicada en 2016 como producto final de un estudio de APEX que cartografió el plano galáctico visible desde el hemisferio sur a ondas submilimétricas (situadas entre las ondas infrarrojas y de radio en el espectro electromagnético). Complementa a los datos de los observatorios espaciales Planck y Herschel de la ESA.

Planck y APEX forman la pareja ideal. APEX visualiza con todo detalle pequeños fragmentos del cosmos, mientras que los datos Planck son perfectos para estudiar áreas a gran escala. Además, abarca la totalidad del firmamento, algo nada sencillo. Los dos se complementan bien y ofrecen una perspectiva única del Universo.

La imagen revela numerosos objetos en nuestra galaxia. Las manchas brillantes a lo largo del plano de la Vía Láctea son fuentes compactas de radiación submilimétrica: regiones muy frías, polvorientas y llenas de acumulaciones que permitirían estudiar innumerables cuestiones, desde cómo se forman las estrellas hasta la estructura del Universo en conjunto.

De derecha a izquierda, las fuentes más notables incluyen a NGC 6334 (fragmento brillante en el extremo derecho), NGC 6357 (a la izquierda de NGC 6334), el propio centro galáctico (el fragmento central, más brillante y más grande en la imagen), M8 (el trazo brillante hacia la parte inferior izquierda del plano) y M20 (visible por encima y a la izquierda de M8). Aquí puede consultarse una vista etiquetada.

Planck fue lanzado el 14 de mayo de 2009 y concluyó su misión en octubre de 2013. El telescopio proporcionó una cantidad ingente de información sobre el cosmos. Su principal objetivo era estudiar el fondo cósmico de microondas, los vestigios de la radiación del Big Bang. Entre otros hitos, Planck dio lugar a un mapa completo del fondo de microondas con una sensibilidad y una precisión sin precedentes, y tomó la ‘huella magnética’ de la Vía Láctea al explorar el comportamiento de cierta luz emitida por el polvo de nuestra galaxia.

Sus observaciones ayudan a los científicos a explorar y comprender cómo se formó el Universo, su composición y su contenido, así como su evolución desde su nacimiento hasta el presente.

APEX es fruto de la colaboración entre el Instituto Max Planck de Radioastronomía, el Observatorio Espacial de Onsala (OSO) y el Observatorio Europeo Austral (ESO). El telescopio es operado por ESO.

Normalmente, encontraremos un agujero negro supermasivo en el núcleo de una galaxia con gran masa. Pero a veces los agujeros negros supermasivos pueden "vagar" por su galaxia anfitriona, permaneciendo lejos del centro, en regiones como el halo estelar, un área casi esférica de estrellas y gas que rodea la sección principal de la galaxia.

Los astrónomos teorizan que este fenómeno sucede a menudo como resultado de fusiones entre galaxias. Una galaxia más pequeña se unirá a otra mayor y principal, depositando su propio agujero negro supermasivo central en una amplia órbita dentro del nuevo anfitrión.

 En un nuevo estudio, unos investigadores de la Universidad Yale en Estados Unidos, la de Washington en el mismo país, el Instituto de Astrofísica de París en Francia y el University College de Londres en el Reino Unido, utilizaron un nuevo programa para simulaciones cosmológicas de vanguardia, llamado Romulus, a fin de predecir la dinámica de los agujeros negros supermasivos dentro de las galaxias con una mayor precisión que la conseguida por los anteriores programas de simulación.

 Los resultados de las simulaciones analizadas por el equipo de Michael Tremmel, de la Universidad Yale, indican que las galaxias con una masa similar a la de la Vía Láctea deberían albergar varios agujeros negros supermasivos. El agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra galaxia debe por tanto tener "hermanos", aún no identificados y seguramente de masa mucho menor, en otros puntos de la Vía Láctea.

La semana pasada tuvo lugar el esperado segundo lanzamiento de datos de la misión Gaia de la ESA con información de 1.700 millones de estrellas: el mayor catálogo estelar de la historia.

Para poner este vasto número en contexto, si contásemos ‘únicamente’ mil millones a una velocidad de un número por segundo, tardaríamos más de 30 años. Cabe esperar que los nuevos datos mantendrán ocupados a los astrónomos durante más tiempo aún.

El conjunto de datos ya ha revelado detalles precisos sobre la formación y el movimiento de las estrellas que pueblan la Vía Láctea, información esencial para poder investigar el surgimiento y la evolución de nuestra Galaxia anfitriona.

No obstante, este tesoro único incluye información sobre estrellas más allá de sus fronteras. La imagen de esta semana es buen ejemplo de ello, ya que muestra una de las galaxias más cercanas a nuestra Vía Láctea: la Gran Nube de Magallanes.

Esta imagen combina la densidad total de las estrellas detectadas por Gaia en cada píxel con información sobre sus movimientos propios (su velocidad de desplazamiento por el cosmos), representados como la textura de la imagen, por lo que se asemeja a una huella dactilar.

Al medir el movimiento propio de los millones de estrellas de la Gran Nube, los astrónomos pudieron ver signos de que las estrellas rotaban en sentido horario alrededor del centro de la galaxia. La impresión de este movimiento se evoca en la imagen con el arremolinamiento de las líneas.

Los astrónomos están interesados en derivar las órbitas de cúmulos globulares (antiguos sistemas de estrellas unidos por gravedad y que se encuentran en el halo de la Vía Láctea) y galaxias enanas que giran alrededor de la Vía Láctea. Los resultados ofrecerán información valiosísima para estudiar la evolución pasada de nuestra Galaxia y su euí se puede consultar más información sobre el último lanzamiento de datos de Gaia.

Aquí se puede consultar una vista similar, basada en la radiación total detectada por Gaia y la información cromática de las estrellas. Y aquí hay disponible una vista animada de la rotación de las estrellas de la Gran Nube de Magallanes.

Aquí se puede leer más información sobre el último lanzamiento de datos de Gaia.

Los telescopios ALMA y APEX han buceado en las profundidades del espacio — hacia la época en la que el universo tenía una décima parte de su edad actual — y han sido testigos de los inicios de una gigantesca aglomeración cósmica: la inminente colisión de jóvenes galaxias con estallido de formación estelar. Los astrónomos creían que estos eventos tuvieron lugar unos 3.000 millones de años después del Big Bang, por lo que se sorprendieron cuando las nuevas observaciones revelaron que esto sucedió cuando el universo tenía tan sólo la mitad de esa edad. Se cree que estos antiguos sistemas de galaxias acaban formando las estructuras más masivas del universo: los cúmulos de galaxias.

Utilizando el interferómetro ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) y el experimento APEX (Atacama Pathfinder Experiment), dos equipos internacionales de científicos, liderados por Tim Miller (de la Universidad de Dalhousie de Canadá y la Universidad de Yale en los Estados Unidos) y por Iván Oteo (de la Universidad de Edimburgo, Reino Unido) han descubierto concentraciones de galaxias sorprendentemente densas que están a punto de fusionarse, formando los núcleos de lo que finalmente se convertirá en colosales cúmulos de galaxias.

Estudiando el 90% de todo el universo observable, el equipo de Miller observó un protocúmulo de galaxias llamado SPT2349-56. La luz de este objeto comenzó a viajar hacia nosotros cuando el universo tenía alrededor de una décima parte de su edad actual.

Las galaxias individuales de esta densa acumulación cósmica son galaxias con brotes de formación estelar (conocidas en inglés como galaxias starburst) y la concentración de esta vigorosa formación estelar en una región tan compacta la convierte en la zona más activa jamás observada en el universo joven. Allí nacen cada año miles de estrellas, mientras que, en comparación, en nuestra Vía Láctea nace tan solo una al año.

Combinando observaciones de ALMA y APEX, el equipo de Oteo ya había descubierto una megafusión similar formada por diez galaxias polvorientas con formación estelar, apodadas un "núcleo rojo polvoriento" debido a su intenso color rojo.

Iván Oteo explica por qué estos objetos son inesperados: “Se cree que la duración de los brotes de formación estelar polvorientos es relativamente corta, ya que consumen el gas a un ritmo extraordinario. En cualquier momento, en cualquier rincón del universo, estas galaxias suelen ser minoría. Por lo tanto, encontrar numerosos brotes de formación estelar polvorientos brillando al mismo tiempo de ese modo es muy desconcertante, y algo que todavía necesitamos comprender”.

Estos cúmulos de galaxias en formación se detectaron primero como débiles manchas de luz usando el Telescopio del Polo Sur y el Observatorio Espacial Herschel. Posteriores observaciones de ALMA y APEX demostraron que tenían una estructura inusual y confirmaron que su luz se originó mucho antes de lo esperado, sólo 1.500 millones de años después del Big Bang.

Finalmente, las nuevas observaciones de alta resolución de ALMA, revelaron que las dos manchas de brillo tenue no eran objetos individuales, sino que estaban compuestas por catorce y diez galaxias masivas individuales respectivamente, cada una dentro de un radio comparable a la distancia entre la Vía Láctea y las vecinas Nubes de Magallanes.

“Estos descubrimientos hechos con ALMA son sólo la punta del iceberg. Más observaciones llevadas a cabo con APEX muestran que el número real de galaxias con formación estelar probablemente es tres veces mayor. Otras observaciones en curso hechas con el instrumento MUSE, instalado en el VLT de ESO, también están identificando más galaxias”, comenta Carlos De Breuck, astrónomo de ESO.

Los modelos teóricos y computacionales actuales sugieren que este tipo de protocúmulos tan masivos habrían necesitado mucho más tiempo para evolucionar. Utilizando datos de ALMA, con su superior resolución y sensibilidad, incorporados a sofisticadas simulaciones por ordenador, los investigadores son capaces de estudiar la formación de cúmulos menos de 1.500 millones de años después del Big Bang.

“Aún no sabemos cómo este conjunto de galaxias creció tanto y tan rápido. No se formó de manera gradual a lo largo de miles de millones de años, como podrían suponer los astrónomos. Este descubrimiento ofrece una gran oportunidad para estudiar cómo se unieron galaxias masivas para formar enormes cúmulos de galaxias”, afirma Tim Miller, doctorando en la Universidad de Yale y autor principal de uno de los artículos.

ESO/M. Kornmesser

La misión Gaia de la ESA ha producido el catálogo de estrellas más completo hasta la fecha, con mediciones de alta precisión de casi 1.700 millones de estrellas y detalles de nuestra Galaxia nunca antes vistos.

El esperado lanzamiento, basado en 22 meses de estudio del firmamento, dará lugar a innumerables descubrimientos, ya que los nuevos datos incluyen posiciones, indicadores de distancia y movimientos de más de mil millones de estrellas, además de medidas de alta precisión de asteroides dentro de nuestro Sistema Solar y estrellas más allá de la Vía Láctea.

El análisis preliminar de estos abundantísimos datos revela detalles precisos sobre la formación y el movimiento de las estrellas que pueblan la Vía Láctea, información esencial para poder investigar la formación y la evolución de nuestra Galaxia anfitriona.

The Galactic census takes shape

“Gaia es una misión ambiciosa que se apoya en un enorme esfuerzo colaborativo para dar sentido a un elevado volumen de datos de gran complejidad. Demuestra la necesidad de proyectos a largo plazo para garantizar el progreso en la ciencia y la tecnología espaciales, así como para llevar a cabo misiones científicas aún más atrevidas en las próximas décadas”.

La misión fue lanzada en diciembre de 2013 y comenzó sus operaciones científicas al año siguiente. El primer lanzamiento de datos, basado en tan solo un año de observaciones, fue publicado en 2016. Contenía las distancias y movimientos de dos millones de estrellas. El nuevo lanzamiento, que abarca el periodo comprendido entre el 25 de julio de 2014 y el 23 de mayo de 2016, identifica las posiciones de casi 1.700 millones de estrellas, y con una precisión mucho mayor. En el caso de algunas de las estrellas más brillantes del estudio, el nivel de precisión equivaldría al de un observador que, desde la Tierra, fuese capaz de ver una moneda de un euro en la superficie de la Luna.

Gracias a estas medidas de precisión es posible distinguir el paralaje de las estrellas (el movimiento aparente del cielo causado por la traslación anual de la Tierra alrededor del Sol) de sus movimientos reales por la Galaxia. El nuevo catálogo enumera los paralajes y la velocidad del desplazamiento (el movimiento propio) de más de 1.300 millones de estrellas. A partir de las medidas más exactas del paralaje, que constituyen alrededor del diez por ciento del total, los astrónomos podrán calcular directamente las distancias a estrellas concretas.

“El segundo lanzamiento de Gaia representa un gran paso adelante respecto del satélite Hipparcos de la ESA, predecesor de Gaia y la primera misión espacial de astrometría, que estudió unas 118.000 estrellas hace casi treinta años”, explica Anthony Brown, de la Universidad de Leiden (Países Bajos).

Anthony preside el Consorcio para el Procesamiento y Análisis de Datos de Gaia (DPAC), que supervisa la colaboración de unos 450 científicos e ingenieros de software encargados de elaborar el catálogo de Gaia a partir de los datos del satélite.

“El inmenso número de estrellas, con sus posiciones y movimientos, ya bastaría para convertir el nuevo catálogo de Gaia en un hito espectacular”, añade Anthony.

“Pero hay más: este catálogo científico único incluye muchos otros tipos de datos, con información sobre las propiedades de las estrellas y otros objetos celestes, lo que hace de este lanzamiento algo realmente excepcional”.

De todo para todos

Este completo conjunto de datos ofrece distinta información a la comunidad astronómica. Además de las posiciones, los datos incluyen información sobre el brillo de las estrellas catalogadas y mediciones de color de casi todas ellas, además de información sobre cómo el brillo y el color de medio millón de estrellas variables cambian con el tiempo. También contiene las velocidades a lo largo de la línea de visión de un subconjunto de siete millones de estrellas, las temperaturas superficiales de alrededor de cien millones y el efecto del polvo estelar de 87 millones.


Gaia también observa objetos de nuestro Sistema Solar: el segundo lanzamiento de datos comprende las posiciones de más de 14.000 asteroides conocidos, lo que permite determinar sus órbitas con precisión. Futuros lanzamientos de Gaia compilarán una muestra mucho mayor de asteroides.

Mucho más allá, Gaia ha identificado las posiciones de medio millón de cuásares lejanos, galaxias brillantes alimentadas por la actividad de agujeros negros supermasivos en sus núcleos. Estas fuentes se utilizan para definir un marco de referencia para las coordenadas celestiales de todos los objetos del catálogo de Gaia, algo que suele hacerse con ondas de radio pero que ahora, por primera vez, también está disponible a longitudes de onda ópticas. Se espera que, una vez que los científicos comiencen a explorar el nuevo catálogo, se hagan grandes descubrimientos. Un examen inicial realizado por el consorcio de datos para validar la calidad del catálogo ya ha desvelado algunas prometedoras sorpresas, incluidos nuevos datos sobre la evolución de ciertas estrellas

Escala cósmica

“Los nuevos datos de Gaia son de tal calidad que nos saltan a la vista hallazgos sorprendentes”, señala Antonella Vallenari, del Instituto Nacional de Astrofísica y el Observatorio Astronómico de Padua (Italia), y vicepresidenta del comité ejecutivo del consorcio para el procesamiento de los datos.

“Por ejemplo, hemos creado el diagrama de Hertzsprung-Russell más detallado de las estrellas jamás realizado en la totalidad del firmamento, y ya podemos identificar algunas tendencias interesantes. Parece que vamos a inaugurar una nueva era de la arqueología galáctica”.

Bautizado en honor de los dos astrónomos que lo diseñaron a principios del siglo XX, el diagrama de Hertzsprung-Russell compara el brillo intrínseco de las estrellas con su color, y constituye una herramienta fundamental para estudiar poblaciones de estrellas y su evolución.

Una nueva versión de este diagrama, basada en cuatro millones de estrellas en un radio de cinco mil años luz del Sol elegidas del catálogo de Gaia, revela por primera vez numerosos detalles. Por ejemplo, la marca de distintos tipos de enanas blancas (restos que quedan tras la muerte de estrellas como nuestro Sol) permite diferenciar entre aquellas con núcleos ricos en hidrógeno y las dominadas por helio.

En combinación con las mediciones de Gaia de las velocidades estelares, con este diagrama los astrónomos pueden distinguir poblaciones estelares de varias edades situadas en diversas regiones de la Vía Láctea, como el disco y el halo, y que se formaron de distinta manera. Un estudio más detallado sugiere que las estrellas en movimiento rápido, que se creía que pertenecían al halo, comprenden dos poblaciones estelares originadas a través de dos escenarios de formación distintos, lo que invita a profundizar en la investigación.

“Gaia nos permitirá avanzar enormemente en nuestra comprensión del Universo a todas las escalas cósmicas”, aventura Timo Prusti, científico del proyecto Gaia de la ESA.

“Incluso en las cercanías del Sol, que es la región que creemos entender mejor, Gaia está revelando nuevas y emocionantes características”.

Una galxia en 3D

Tomando como modelo un subconjunto de estrellas en un radio de pocos miles de años luz del Sol, Gaia ha medido su velocidad en tres dimensiones y ha revelado patrones en los movimientos de otras estrellas que orbitan la Galaxia a velocidades similares. Futuros estudios confirmarán si estos patrones están asociados a perturbaciones producidas por la barra galáctica (una densa concentración de estrellas con forma alargada en el centro de la Galaxia), por la arquitectura de brazos en espiral de la Vía Láctea o por la interacción con galaxias menores surgidas con ella hace miles de millones de años.

Con la precisión de Gaia también es posible ver los movimientos de estrellas en el interior de ciertos cúmulos globulares (antiguos sistemas de estrellas unidos por la gravedad y localizados en el halo de la Vía Láctea) y de nuestras galaxias vecinas, la Pequeña y la Gran Nube de Magallanes. 

Rotación de la Nube de Magallanes

Los datos de Gaia se han empleado para derivar las órbitas de 75 cúmulos globulares y 12 galaxias enanas que giran alrededor de la Vía Láctea, ofreciendo información importante para estudiar la evolución pasada de nuestra Galaxia y su entorno, las fuerzas gravitacionales en juego y la distribución de la esquiva materia oscura que permea las galaxias. 

“Gaia es la más pura expresión de la astronomía”, subraya Fred Jansen, responsable de la misión Gaia de la ESA.

“Estos datos les darán que hacer a los científicos durante muchos años, y estamos listos para sorprendernos con la avalancha de descubrimientos que desvelarán los secretos de nuestra Galaxia”. 

Los astrónomos del observatorio espacial XMM-Newton de la ESA han rastreado los halos gaseosos que rodean las galaxias en busca de materia perdida que, se cree, podría hallarse allí. Sin embargo, no han tenido éxito. ¿Dónde podría estar?

Toda la materia del Universo existe bien en forma de materia ‘normal’, bien en forma de la invisible y particularmente esquiva materia oscura, que es seis veces más abundante.

Curiosamente, los científicos que estudian galaxias cercanas han descubierto en los últimos años que contienen tres veces menos materia normal de la esperada; por ejemplo, nuestra Vía Láctea presenta menos de la mitad de la cantidad prevista.

Jiangtao Li, de la Universidad de Michigan (Estados Unidos), es el autor principal de un nuevo artículo al respecto y explica que se trata de “un misterio que preocupa desde hace mucho tiempo, que ha llevado a los científicos a hacer grandes esfuerzos para buscar esta materia perdida”.

“¿Por qué no está en las galaxias o, si está, por qué no la vemos? Y si no está, ¿dónde está? Es importante resolver este rompecabezas, ya que es una de las mayores incertidumbres en nuestros modelos, tanto del Universo temprano como de la formación de las galaxias”.

Los científicos creen que, en lugar de encontrarse en la mayor parte de la galaxia que podemos observar ópticamente, se podría hallar en una región de gas caliente que se extiende más allá, formando el halo galáctico.

Estos halos esféricos y calientes se han detectado con anterioridad, pero se trata de regiones tan tenues que resultan difíciles de observar detalladamente, ya que su emisión de rayos X se puede perder y resultar imposible de distinguir de la radiación de fondo. A menudo, los científicos observan una pequeña distancia en esta región y extrapolan los hallazgos, pero esto puede dar resultados variables y poco claros.

Jiangtao y sus colegas querían medir el gas caliente a mayores distancias con el observatorio espacial de rayos X XMM-Newton de la ESA. Estudiaron seis galaxias espirales similares y combinaron los datos para crear una galaxia con sus propiedades medias.

“De esta forma, la señal de la galaxia resulta más potente y el fondo de rayos X muestra un mejor comportamiento”, añade Joel Bregman, investigador de la misma universidad y coautor del artículo.

“Así, fuimos capaces de ver la emisión de rayos X unas tres veces más lejos que si observáramos una única galaxia, por lo que nuestra extrapolación resultó más precisa y fiable”.

Las galaxias espirales masivas y aisladas ofrecen la mejor oportunidad de buscar materia perdida. Son lo bastante masivas como para que el gas alcance temperaturas de millones de grados y así emitan rayos X, y en gran medida han evitado la contaminación con otros materiales por la formación de estrellas o la interacción con otras galaxias.

Se busca

Los resultados del equipo de científicos mostraron que, al final, el halo que rodea galaxias como las observadas no puede contener toda la materia perdida. A pesar de extrapolar casi 30 veces el radio de la Vía Láctea, siguen faltando casi tres cuartas partes de la materia prevista.

Hay dos teorías alternativas principales: o bien la materia se encuentra almacenada en otra fase gaseosa difícil de observar (quizá una fase más caliente y tenue, o una fase más fría y densa), o bien se halla en una porción del espacio que no está cubierta por nuestras observaciones actuales o que emite rayos X demasiado débiles para detectarlos.

En cualquier caso, como las galaxias no contienen suficiente materia perdida, es posible que la hayan expulsado al espacio, quizás empujadas por inyecciones de energía procedentes de la explosión de estrellas o de agujeros negros supermasivos.

“Este trabajo es importante porque contribuye a crear modelos de galaxias más realistas, lo que a su vez nos ayudará a comprender mejor cómo se formó y evolucionó nuestra propia Galaxia —reconoce Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA— Los hallazgos de este tipo serían imposibles sin la increíble sensibilidad de XMM-Newton”.

“En el futuro, los científicos podrán añadir aún más galaxias a nuestras muestras de estudio y utilizar XMM-Newton en colaboración con otros observatorios de alta energía, como el futuro Telescopio Avanzado para la Astrofísica de Alta Energía (Athena) de la ESA, para sondear las extensas porciones de baja densidad en las fronteras de las galaxias y seguir desvelando los misterios de la materia perdida del Universo”.