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💫El estudio de galaxias distantes ayuda a comprender cómo se forman las estrellas

El estudio de galaxias distantes desafía la comprensión de cómo se forman las estrellas

19 de enero de 2018 por Marie Martig, The Conversation



 El estudio de galaxias distantes desafía la comprensión de cómo se forman las estrellas
Crédito: Equipo ESO / UltraVISTA. Agradecimientos: TERAPIX / CNRS / INSU / CASU, CC BY-SA

Las galaxias más masivas en nuestro vecindario formaron sus estrellas hace miles de millones de años, al principio de la historia del universo. En la actualidad, producen muy pocas estrellas nuevas. Los astrónomos han creído durante mucho tiempo que esto se debe a que contienen muy poco gas, un ingrediente clave necesario para producir estrellas. Pero nuestro nuevo estudio, publicado en Nature Astronomy, ahora desafía esta visión largamente sostenida.

Al explorar los entornos extremos de galaxias masivas lejanas, podemos aprender no solo sobre su evolución y la historia del universo, sino sobre todo sobre los procesos fundamentales que regulan la formación de estrellas. Dado que las estrellas producen la mayoría de los diferentes tipos de átomos en nuestros cuerpos y el mundo que nos rodea, comprender cómo se formaron es esencial si queremos saber de dónde venimos.

Las galaxias existen en dos tipos principales: disco y elíptica. Las galaxias de disco, incluida la Vía Láctea, son planas y contienen grandes depósitos de gas que utilizan para formar estrellas continuamente. Las galaxias elípticas son masivas, redondas y dejaron de formar estrellas hace mucho tiempo. La mayoría de las teorías suponen que en algún momento las galaxias elípticas perdieron sus depósitos de gas, lo que provocó que la tasa de formación de estrellas disminuyera.

Luz distante

Nuestro equipo investigó si hay otras formas en que las galaxias elípticas distantes podrían haber perdido su capacidad de formar estrellas. La distancia a las galaxias se mide por la brillantez de sus estrellas, en años luz (definida como cuánto tiempo tarda la luz en alcanzarnos en un año). Como tarda tanto en llegar la luz de estas galaxias lejanas, podemos deducir que nos parecen como lo fueron hace 10 mil millones de años.



 El estudio de galaxias distantes desafía la comprensión de cómo se forman las estrellas
Disc galaxy Messier 101. Crédito: NASA, ESA, CXC, SSC y STScI
Idealmente, querríamos observar directamente el gas en estas galaxias, pero esto es extremadamente desafiante y requeriría varias horas de observaciones por galaxia, y tenemos que observar miles de galaxias. En cambio, optamos por estudiar el polvo. El polvo (frío en lugar de calor) solo representa el 1% de la materia interestelar en una galaxia, pero se encuentra dondequiera que esté el gas frío. Una galaxia que contiene mucho polvo, por lo tanto, también contiene una gran cantidad de gas.

Utilizamos datos de la Encuesta de Evolución Cosmológica (COSMOS), que cubre una gran porción del cielo observada por la mayoría de los telescopios principales, en la Tierra y en el espacio. Usamos imágenes de infrarrojo a longitudes de onda de luz de radio, lo que nos permite medir tanto la velocidad de formación de estrellas como la masa de polvo frío en las galaxias.

Como las galaxias que nos interesan están muy lejos, es imposible detectar cada galaxia individualmente en los datos infrarrojos o de radio existentes. En cambio, combinamos la luz de 1,000 galaxias y determinamos cuánto gas contienen en promedio y qué tan rápido están formando estrellas.



 El estudio de galaxias distantes desafía la comprensión de cómo se forman las estrellas
Galaxia elíptica llamada ESO 306-17 en el cielo del sur. Crédito: NASA, ESA y Michael West (ESO)
Como resultado, hicimos un descubrimiento emocionante. A pesar de tener bajas tasas de formación de estrellas, las galaxias elípticas contienen cantidades sorprendentemente grandes de gas: 100 veces más de lo esperado. Esto es sorprendente de dos maneras. Desafía nuestra visión estándar de las galaxias elípticas como objetos "aburridos" pobres en gas. Pero también nos obliga a reconsiderar la visión básica de los procesos de formación de estrellas: siempre hemos supuesto que la presencia de gas frío debe conducir a la formación de estrellas. Aquí, encontramos que las galaxias elípticas forman estrellas mucho menos eficientemente que las galaxias de disco en la misma época.

Entonces, ¿por qué es eso? Hace nueve años, predije esta posibilidad a partir de simulaciones numéricas que había realizado como Ph.D. estudiante. Descubrí que en las galaxias discales, la atracción gravitatoria de las estrellas ayuda a que el gas colapse para formar nuevas estrellas. Por el contrario, el gas en las galaxias elípticas siente una atracción más débil de las estrellas y no se colapsa tan fácilmente. Es fascinante que la morfología global de una galaxia pueda controlar lo que sucede a escalas más pequeñas.

Los próximos pasos de nuestra investigación utilizarán nuevas simulaciones y, con suerte, observaciones directas del gas frío en sí mismo con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), un observatorio en Chile, para mejorar nuestra comprensión de la compleja interacción entre la formación de estrellas y la morfología de galaxias . Esto arrojará luz sobre los procesos universales que finalmente suceden en todas las galaxias, incluida nuestra propia Vía Láctea.



Nebulosa formadora de estrellas, donde el gas se colapsa para formar nuevas estrellas. Crédito: ESA / NASA / JPL-Caltech

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