No todos los días los astrónomos dicen: «¿Qué es eso?». Al fin y al cabo, la mayoría de los fenómenos astronómicos observados son conocidos: estrellas, planetas, agujeros negros y galaxias. Pero en 2019, el recién terminado telescopio ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder) captó algo que nadie había visto antes: círculos de ondas de radio tan grandes que contenían galaxias enteras en sus centros.
Mientras la comunidad astrofísica trataba de determinar qué eran estos círculos, también quería saber a qué se debían. Ahora, un equipo dirigido por Alison Coil, catedrática de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de California en San Diego, cree haber encontrado la respuesta: los círculos son caparazones formados por vientos galácticos desbordados, posiblemente de estrellas masivas en explosión conocidas como supernovas.
Coil y sus colaboradores han estado estudiando galaxias masivas con brotes estelares que pueden impulsar estos vientos ultrarrápidos. Las galaxias con brotes estelares tienen una tasa de formación estelar excepcionalmente alta. Cuando las estrellas mueren y explotan, expulsan el gas de la estrella y sus alrededores al espacio interestelar. Si un número suficiente de estrellas explotan cerca unas de otras al mismo tiempo, la fuerza de estas explosiones puede empujar el gas fuera de la propia galaxia en forma de vientos de salida, que pueden viajar a una velocidad de hasta 2.000 kilómetros/segundo.
Estas galaxias son realmente interesantes, afirma Coil, que también dirige el Departamento de Astronomía y Astrofísica. Se producen cuando dos grandes galaxias colisionan. 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 de salida.
Masivos, raros y de origen desconocido
Los avances tecnológicos permitieron a ASKAP escanear grandes porciones del cielo en límites muy débiles, lo que hizo que los radiocírculos extraños (ORC) fueran detectables por primera vez en 2019. Los ORC eran enormes: cientos de kiloparsecs de diámetro, donde un kiloparsec equivale a 3.260 años luz (como referencia, la galaxia Vía Láctea tiene unos 30 kiloparsecs de diámetro).
Se propusieron múltiples teorías para explicar el origen de los ORC, incluyendo nebulosas planetarias y fusiones de agujeros negros, pero los datos de radio por sí solos no podían 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 con brotes estelares que habían estado estudiando. Empezaron a investigar el ORC 4, el primer ORC descubierto que es observable desde el hemisferio norte.
Hasta entonces, las ORC sólo se habían observado a través de sus emisiones de radio, sin datos ópticos. El equipo de Coil utilizó un espectrógrafo de campo integral en el Observatorio W.M. Keck en Maunakea, Hawai, para observar ORC 4, que reveló una enorme cantidad de gas comprimido, calentado y muy luminoso, mucho más de lo que se ve en una galaxia media.
Con más preguntas que respuestas, el equipo se puso manos a la obra. Utilizando datos de imágenes ópticas e infrarrojas, determinaron que las estrellas del interior de la galaxia ORC 4 tenían unos 6.000 millones de años. Hubo un estallido de formación estelar en esta galaxia, pero terminó hace unos mil millones de años, declaró Coil.
Cassandra Lochhaas, becaria postdoctoral del Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian, especializada en la teoría de los vientos galácticos y coautora del artículo, realizó una serie de simulaciones numéricas por ordenador para reproducir el tamaño y las propiedades del anillo de radio a gran escala, incluida la gran cantidad de gas frío y en estado de choque de la galaxia central.
Sus simulaciones mostraron vientos galácticos que soplaron durante 200 millones de años antes de detenerse. Cuando el viento se detuvo, un choque hacia delante siguió expulsando gas a alta temperatura fuera de la galaxia y creó un anillo de radio, mientras que un choque hacia atrás envió gas más frío de vuelta a la galaxia. La simulación se desarrolló a lo largo de 750 millones de años, aproximadamente la edad estelar de ORC 4, estimada en mil millones de años.
Para que esto funcione se necesita un flujo de salida de gran masa, es decir, que expulse mucho material muy rápidamente. Y el gas circundante, justo fuera de la galaxia, tiene que ser de baja densidad, de lo contrario el choque se estanca. Estos son los dos factores clave, afirma Coil. Resulta que las galaxias que hemos estado estudiando tienen estas altas tasas de flujo de salida de masa. Son raras, pero existen. Realmente creo que esto apunta a que los ORC se originan en algún tipo de vientos galácticos de salida.
Los vientos de salida no sólo pueden ayudar a los astrónomos a entender los ORC, sino que los ORC también pueden ayudar a los astrónomos a entender los vientos de salida. Los ORC nos permiten ‘ver’ los vientos a través de datos de radio y espectroscopia, explica Coil. Esto puede ayudarnos a determinar la frecuencia de estos vientos galácticos extremos y su ciclo de vida. También pueden ayudarnos a aprender más sobre la evolución galáctica: ¿pasan todas las galaxias masivas por una fase ORC? ¿Las galaxias espirales se vuelven elípticas cuando ya no forman estrellas? Creo que podemos aprender mucho sobre las ORC y aprender de ellas.
Fuentes
University of California – San Diego | Coil, A.L., Perrotta, S., Rupke, D.S.N. et al. Ionized gas extends over 40 kpc in an odd radio circle host galaxy. Nature (2024). doi.org/10.1038/s41586-023-06752-8
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