Por primera vez los astrónomos han realizado mediciones directas del tamaño y resplandor de zonas de nacimiento estelar en una galaxia muy distante, gracias a un descubrimiento fortuito con el telescopio APEX. La galaxia es tan lejana, y su luz ha tardado tanto en llegar a nosotros, que la vemos como era hace 10 mil millones de años atrás. Un “lente gravitatorio” cósmico aumenta el tamaño de la galaxia y nos da un primer plano que de otro modo sería imposible. Este golpe de suerte revela la agitada y vigorosa formación estelar presente en las galaxias del Universo primordial, con estrellas naciendo cien veces más rápido de lo que se observa en galaxias más recientes. La investigación será publicada en el sitio web de la revista Nature.

Los astrónomos estaban observando un masivo cúmulo de galaxias con el telescopio APEX (Atacama Pathfinder Experiment) en longitudes de onda de luz submilimétricas, cuando más allá del cúmulo encontraron una nueva y asombrosamente luminosa galaxia muy lejana, la más brillante observada hasta ahora en ondas submilimétricas. Su luminosidad se debe a que los granos de polvo cósmico en la galaxia resplandecen después de ser calentados por la luz estelar. La nueva galaxia fue nombrada SMM J2135-0102.

“Quedamos asombrados al descubrir un objeto sorprendentemente brillante que no estaba en la posición esperada. Pronto nos dimos cuenta que era una galaxia anteriormente desconocida y más lejana que estaba siendo ampliada por el cúmulo de galaxias más cercano”, dice Carlos De Breuck de ESO, miembro del equipo de investigadores. De Breuck estuvo haciendo las observaciones con el telescopio de APEX, en el llano de Chajnantor, a una altura de 5.000 metros en la Cordillera de Los Andes en Chile.

La nueva galaxia SMM J2135-0102 es tan brillante debido al masivo cúmulo de galaxias que se encuentra delante de ella. La vasta masa de este cúmulo curva la luz de la galaxia más lejana, actuando como un lente gravitatorio. Al igual que con un telescopio, esto amplía e ilumina nuestra visión de la galaxia. Gracias a la alineación fortuita entre el cúmulo y la galaxia lejana, esta última es enormemente ampliada por un factor de 32.

“La amplificación revela la galaxia en un detalle sin precedentes, aún considerando que está tan lejos que su luz tardó alrededor de 10 mil millones de años en alcanzarnos”, explica Mark Swinbank de la Universidad de Durham, autor principal de la publicación que da cuenta del descubrimiento. “A través de observaciones continuas con el radiotelescopio Submillimeter Array, hemos podido estudiar con gran precisión las nubes donde se forman las estrellas en la galaxia”.

La amplificación permitió que las nubes de formación estelar pudieran ser observadas en la galaxia a una escala de unos pocos cientos de años-luz, casi el tamaño de nubes gigantes en nuestra propia Vía Láctea. Para ver este nivel de detalle sin la ayuda de lentes gravitatorio serán necesarios futuros telescopios como ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), el que actualmente está en construcción en el mismo llano donde se encuentra APEX. En consecuencia, este afortunado descubrimiento ha dado a los astrónomos un anticipo preliminar único de la ciencia que será posible llevar a cabo en unos pocos años más.

Estas “fábricas de estrellas” son similares en tamaño a aquellas en la Vía Láctea, pero cien veces más luminosas, sugiriendo que la formación estelar en los tiempos primordiales de estas galaxias era un proceso mucho más vigoroso que el observado normalmente en galaxias que se encuentran más cercanas de nosotros en tiempo y espacio. En general, estas nubes se parecen mucho más a los núcleos más densos de las nubes de formación estelar en el Universo cercano.

“Estimamos que SMM J2135-0102 está produciendo estrellas a una tasa equivalente a 250 soles al año”, dice de Breuck. “La formación de estrellas en sus grandes nubes de polvo es distinta a la del Universo cercano, pero nuestras observaciones también sugieren que deberíamos poder utilizar fundamentos físicos similares a partir de los núcleos más densos en las galaxias cercanas para entender el nacimiento estelar en estas galaxias más lejanas”.

Nota de prensa publicada en el portal de la ESO (Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral)

Esta impresión artística de la lejana galaxia SMM J2135-0102 muestra las grandes nubes brillantes a unos pocos cientos de años luz en tamaño, las que corresponden a zonas con activa formación de estrellas. Estas “fábricas de estrellas” son similares en tamaño a aquellas en la Vía Láctea, pero cien veces más luminosas, sugiriendo que la formación estelar en la vida primordial de estas galaxias era un proceso mucho más vigoroso que el que se encuentra normalmente en las galaxias locales. Crédito: ESO/M. Kornmesser

Los astrónomos han usado el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA como el estetoscopio de un doctor para escuchar el “latido” de

Contando la juventud en una galaxia de mediana edad

formación estelar de nuestra galaxia, un hallazgo que ayudará a trazar la “vida” de la Vía Láctea y otras galaxias.

Una señal de vida clave en los humanos es nuestro ritmo cardiaco, o el número de latidos del corazón en un tiempo dado. Las galaxias también tienen un tipo de latido, que es su ritmo de formación de nuevas estrellas. Este ritmo indica un nivel de actividad galáctico y da pistas sobre su “tiempo de vida”, o cuánto puede mantenerse el cuerpo celeste creando nuevas estrellas y planetas antes de envejecer y calmarse.

Ahora, los astrónomos han sentido el pulso de formación estelar en la Vía Láctea más directamente que nunca antes, usando observaciones de Spitzer para contar las estrellas bebé en nuestra galaxia. Esta información se introdujo entonces en una simulación por ordenador sobre la formación estelar galáctica, una novedosa técnica que reveló que nuestra galaxia hogar late con un ritmo de creación de aproximadamente una estrella como el Sol cada año.

“Medir el ritmo de formación estelar dentro de la Vía Láctea con este métido es importante no sólo para comprender nuestra galaxia, sino que también tiene implicaciones para medir los índices de formación estelar de todas las galaxias”, dice Thomas Robitaille del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica y autor principal de un nuevo estudio que describe los resultados.

Anteriores medidas han sugerido un ritmo de formación estelar en la Vía Láctea ligeramente más alto – hasta cinco veces la masa del Sol anualmente – pero dependían de métodos indirectos. Una técnica requería medir las ondas de radio que manaban de las nubes de gas de hidrógeno energetizadas por las estrellas más grandes, brillantes y calientes. Los científicos han hecho estimaciones de cuántas estrellas menores y más comunes como el Sol se forman por cada uno de estos raros aunque fácilmente detectables gigantes. Tal extrapolación, no obstante, es algo imprecisa.

Debido a que no podemos ver estrellas individuales y objetos estelares jóvenes (YSOs) en galaxias lejanas, y por tanto tenemos que medir indirectamente su pulso, es importante calcular estos otros métodos con precisión. De acuerdo con la nueva técnica de recuento de YSO, que se afinará en el futuro, ayudará a calibrar la forma de medir los índices de formación estelar en otras galaxias.

Formación y recuento de estrellas

Las estrellas se forman a partir del colapso gravitatorio del gas que está disperso por el espacio. Cuando las estrellas en ciernes giran y sus núcleos se calientan, los restos de materia giran a su alrededor en un polvoriento disco que puede agruparse en ciertas zonas para formar planetas. Estos YSOs, aunque extremadamente débiles en la luz visible, brillan con fuerza en la luz infrarroja que observa Spitzer.

Para tomar el pulso de formación estelar de la Vía Láctea, Robitaille contó primero miles de estos YSOs observados por el Conjunto de Cámaras Infrarrojas de Spitzer para un estudio llamado Extraordinario Estudio del Plano Medio Infrarrojo del Legado Galáctico (GLIMPSE). Este estudio observó una porción del cielo de aproximadamente dos grados de altura y 130 grados de longitud, lo bastante grande para tener el tamaño de 330 veces la Luna llena. Otros estudios infrarrojos habían captado previamente luz difusa de decenas de miles de estrellas, pero GLIMPSE vio 100 millones de estrellas claramente, y hasta 20 000 YSOs.

“Estamos viendo la formación estelar por toda la galaxia por primera vez”, dice la coautora del artículo Barbara Whitney, Científico Investigador Senior en el Instituto de Ciencia Espacial en Boulder, Colorado.

Whitney y Robitaille diseñaron un modelo por ordenador realista del nacimiento estelar galáctico global. Ajustando el índice de formación estelar del modelo para que se correspondiera con el número de YSOs que vio Spitzer, el dúo de investigación llegó a una medida directa, para el índice de formación estelar anual, de dos tercios a una vez y media la masa del Sol.

Un latido de edad media

Este ritmo actual de formación estelar puede parecer bajo cuando consideramos que la galaxia contiene 100 000 millones de estrellas. Para formar todas las estrellas que vemos ahora, el índice debió ser mucho mayor en el pasado, según concuerdan los investigadores, y que la presente cifra es razonable para una galaxia madura como la Vía Láctea. Conforme se ha calmado nuestra galaxia a lo largo de sus 11 000 millones de años de historia, el ritmo de formación estelar se ha hecho más tranquilo, a un ritmo de edad mediana.

La galaxia se ha establecido casi en equilibrio en la generación de estrellas a partir del gas que expulsan las estrellas viejas de vuelta al entorno cósmico. De esta forma cíclica, dice Whitney, los índices de formación estelar son como “el latido de una galaxia”: si una galaxia está creando estrellas muy rápidamente, puede agotar la cantidad de gas disponible, deteniendo el génesis de nuevas estrellas – no muy distinto de alguien que se toma un respiro después del ejercicio y aumenta su ritmo cardiaco. De forma similar, las galaxias con índices de formación estelar bajos pueden reducir su actividad de producción estelar respecto a sus eones más jóvenes.

Los nuevos resultados de Spitzer se publicaron en el ejemplar del 10 de febrero de 2010 de la revista The Astrophysical Journal Letters. Las observaciones como parte de GLIMPSE se realizaron antes de que Spitzer comenzara su misión “cálida” en mayo de 2009 al agotar su refrigerante líquido.
Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Spitzer Space Telescope, su autor es Adam Hadhazy.

Imágenes de una profundidad sin precedentes delimitan el brillo de una peculiar estrella de neutrones, la sexta de su tipo conocida hasta la fecha.

El Gran Telescopio CANARIAS (GTC) ha observado una estrella de neutrones fuera de lo común. Clasificada como magnetar, su naturaleza es tan singular como su nombre oficial: SGR 0418+5729. Las observaciones del mayor telescopio del mundo, que alcanzaron una profundidad sin precedentes en el rango óptico para este tipo de objetos, contribuirán a delimitar las

Representación artística de un magnetar que, tras el agrietamiento de su superficie, libera la energía almacenada en su potente campo magnético. Crédito: Laboratorio de imágenes conceptuales del Centro Goddard para Vuelos Espaciales de la NASA.

propiedades físicas de este cuerpo celeste con campos magnéticos de extrema intensidad.

Las estrellas de neutrones se forman cuando estrellas masivas, de entre 10 y 50 veces la masa del Sol, explotan como supernovas al final de su vida. Mientras las capas externas de la estrella son lanzadas al espacio, su núcleo se colapsa bajo su propio peso, alcanzando densidades enormes y convirtiéndose así en una estrella de neutrones. La densidad es tan alta que “estos cadáveres estelares concentran una masa comparable a la del Sol dentro de una esfera de apenas 30 kilómetros de diámetro, el espacio ocupado por una gran ciudad”, destaca Paolo Esposito, el investigador del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia que ha liderado el estudio.

Entre este tipo de estrellas destacan los magnetares -nombre obtenido a partir de las palabras en inglés magnet y star-, de los que hasta la fecha se conocen solamente seis. “Los magnetares poseen un campo magnético mil veces más fuerte que las estrellas de neutrones ordinarias, y millones de veces mayor que el campo más intenso que se pueda recrear en un laboratorio terrestre. De hecho, son los imanes más potentes del Universo”, explica Paolo Esposito.

Debido a su actividad magnética, en estas estrellas se producen fracturas en la corteza exterior que dejan escapar fugaces e intensos estallidos de luz, en su mayoría en forma de rayos gamma de baja energía. Estos potentes destellos fueron el rastro seguido por el GTC.

Rastros del Universo violento

Los magnetares han sido generalmente estudiados a partir de sus brillantes emisiones en rayos X, pero se conoce muy poco acerca de sus características en longitudes de onda ópticas. Tras la detección de una serie de explosiones de SGR 0418+5729 por parte de los satélites de la NASA Fermi y Swift, el equipo de investigadores solicitó al GTC una observación óptica profunda del objeto.

La ocasión para observarlo llegaría el pasado15 de septiembre, cuando el objeto era aún muy luminoso en rayos X. La emisión fue tan débil en el rango óptico que ni siquiera el instrumento OSIRIS, acoplado al mayor telescopio del mundo, fue capaz de capturarla. Sin embargo, la observación permitió a los astrónomos establecer la imagen óptica más profunda de las obtenidas hasta ahora para este tipo de fuente.

Según el investigador italiano, las observaciones con GTC son “clave en la comprensión de cómo y dónde se produce la radiación emitida por los magnetares, y ayudará a aclarar aspectos básicos de la física de campos magnéticos ultra-fuertes”.

La imagen del GTC sobre este último miembro de la familia de los magnetares añade una nueva pieza a la todavía escasa pero creciente base de datos de observaciones ópticas e infrarrojas sobre estos peculiares y violentos cuerpos celestes. De acuerdo con los investigadores, este tipo de estudios amplía las oportunidades de explorar toda una gama de objetos con actividad en altas energías.

El equipo que ha participado en el análisis de esta exótica estrella está conformado por científicos de Italia, España, Francia y Reino Unido. Sus resultados aparecerán esta semana en una prestigiosa publicación de la Royal Astronomical Society.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC)