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30 de mayo de 2021

ALMA descubre la galaxia en espiral más antigua

 Imagen de ALMA de la galaxia BRI 1335-0417 hace 12.400 millones de años. ALMA detectó emisiones de iones de carbono en la galaxia. Los brazos espirales son visibles a ambos lados del área compacta y brillante en el centro de la galaxia. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), T. Tsukui & S. Iguchi

Al analizar los datos obtenidos con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), investigadores encontraron una galaxia con una morfología en espiral, tan solo 1.400 millones de años después del Big Bang. Esta es la galaxia más antigua de su tipo jamás observada. Además, el descubrimiento de una galaxia con estructura en espiral en una etapa tan temprana entrega una pista esencial para resolver una pregunta clásica de la astronomía: «¿Cómo y cuándo se formaron las galaxias espirales?»

«Estaba emocionado porque nunca había visto una evidencia tan clara de un disco giratorio, una estructura en espiral y una estructura de masa centralizada en una galaxia distante en ninguna publicación anterior», dice Takafumi Tsukui, estudiante de posgrado en la Universidad SOKENDAI de Japón y autor principal de la investigación publicada en la revista Science. «La calidad de los datos de ALMA fue tan buena que me permitió ver detalles como si se tratara de una galaxia cercana».

La Vía Láctea, donde vivimos, es una galaxia espiral. Las galaxias espirales son objetos fundamentales en el Universo y representan hasta el 70% del número total de galaxias. Sin embargo, estudios han demostrado que la proporción de galaxias espirales disminuye rápidamente a medida que miramos hacia atrás en la historia del Universo. Entonces, ¿cuándo se formaron las galaxias espirales?

Tsukui y su supervisor Satoru Iguchi, profesor de SOKENDAI y del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), notaron una galaxia llamada BRI 1335-0417 en el Archivo Científico de ALMA. La galaxia existió hace 12,4 mil millones de años y contenía una gran cantidad de polvo, oscureciendo la luz de las estrellas, y dificultando el estudio en detalle de esta galaxia con luz visible. Por otro lado, ALMA puede detectar emisiones de radio de iones de carbono en la galaxia, lo que permite a los astrónomos investigar lo que está sucediendo al interior de la galaxia.

Los investigadores encontraron una estructura en espiral que se extiende unos 15.000 años luz desde el centro de la galaxia, lo que equivale a un tercio del tamaño de la Vía Láctea. La masa total estimada de estrellas y materia interestelar en BRI 1335-0417 es aproximadamente idéntica a la de la Vía Láctea.

«Como BRI 1335-0417 es un objeto muy distante, es posible que no podamos ver el verdadero borde de la galaxia en esta observación», comenta Tsukui. «Para una galaxia que existió en el Universo temprano, BRI 1335-0417 era gigante».

Simulación hecha con una supercomputadora de la formación de galaxias espirales. Durante unos 13.500 millones de años, las pequeñas galaxias se fusionan una tras otra en una única galaxia espiral gigante. Nótese que este video fue creado en 2007 y no es una reproducción del estudio actual. Crédito: Takaaki Takeda, Sorahiko Nukatani, Takayuki Saito, Proyecto 4D2U, NAOJ

Entonces la pregunta es, ¿cómo se formó esta estructura en espiral distinta en solo 1.400 millones de años desde el Big Bang? Los investigadores consideraron múltiples causas posibles y sugirieron que podría deberse a una interacción con una pequeña galaxia. BRI 1335-0417 está formando estrellas activamente, y los investigadores encontraron que el gas en la parte exterior de la galaxia es gravitacionalmente inestable, lo que favorece la formación de estrellas. Es probable que esta situación ocurra cuando se suministra una gran cantidad de gas desde el exterior, posiblemente debido a colisiones con galaxias más pequeñas.

El destino de BRI 1335-0417 también está envuelto en misterio. Se cree que las galaxias que contienen grandes cantidades de polvo y producen activamente estrellas en el Universo antiguo son los antepasados de las galaxias elípticas gigantes del Universo actual. En ese caso, BRI 1335-0417 cambiaría en el futuro su forma de una galaxia de disco a una elíptica. O, contrariamente a la visión convencional, la galaxia puede seguir siendo una galaxia espiral durante mucho tiempo. Así, BRI 1335-0417 jugará un papel esencial en el estudio de la evolución de la forma de las galaxias a lo largo de la historia del Universo.

«Nuestro Sistema Solar se aloja en uno de los brazos espirales de la Vía Láctea», explica Iguchi. «Rastrear las raíces de la estructura en espiral nos proporcionará pistas sobre el entorno en el que nació el Sistema Solar. Espero que esta investigación avance aún más en nuestra comprensión de la historia de la formación de galaxias».


Fuentes: ALMA

24 de abril de 2021

Cinco cosas sorprendentes de los agujeros negros

 Credit: EHT Collaboration


Para celebrar los dos años desde que la Colaboración del Event Horizon Telescope (EHT o Telescopio del Horizonte de Sucesos), del que ALMA fue parte clave, publicó la primera imagen de un agujero negro, quisimos compartir cinco cosas impresionantes sobre estos increíbles objetos:

1. Antes de saber lo que eran los agujeros negros, en 1784 el geólogo John Michell les llamaba: ¡estrellas oscuras! La idea de los agujeros negros surge de la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein, que dice que la luz se ve afectada por la gravedad.

Representación artística del corazón de la galaxia NGC 1068, que alberga un agujero negro supermasivo activo. ALMA descubrió nubes frías de gas molecular y polvo saliendo de la parte exterior del disco de acreción del agujero negro. Este material está siendo acelerado por campos magnéticos del disco y alcanzando velocidades de unos 400 a 800 kilómetros por segundo. Este material es expulsado por el disco e impide a los telescopios ópticos de la Tierra ver la zona alrededor del agujero negro. En resumen, en agujero negro se esconde detrás de los propios gases que emite. Créditos: NRAO/AUI/NSF; D. Berry / Skyworks

2. Esta es la primera simulación, hecha a mano en 1979, del disco de acreció alrededor de un agujero negro. Basada en cálculos computacionales por el astrofísico francés Jean-Pierre Luminet.


Crédito: CNRS Phototheque

3. Los agujeros negros son regiones del espacio caracterizadas por tener una gravedad extrema. Es tanta la fuerza de gravedad que cualquier cosa que se les acerca es tragada por el agujero negro y nunca más vuelve a salir. ¡Ni siquiera la luz, que viaja a 300.000 kilómetros por segundo, es capaz de escapar a las garras gravitacionales de un agujero negro!


Sagittarius A*, captado por la el Observatorio de Rayos-X Chandra de la NASA. Los elipses indican ecos de luz. Crédito: NASA/CXC/Caltech/M.Muno et al.

4. ¡Los agujeros negros causan enormes chorros de materia! – La mayoría de la materia que hay cerca del borde de un agujero negro acaba precipitándose en él. Sin embargo, algunas de las partículas circundantes escapan momentos antes de la captura y son lanzadas al espacio a grandes distancias en forma de chorros.Chorros de M87 vistos por el EHT- Crédito: Colaboración EHT

5. La colaboración EHT, que produjo y dio a conocer la primera imagen de un agujero negro el 10 de abril de 2019, acaba de revelar cómo se ve con luz polarizada el enorme objeto que hay en el centro de la galaxia Messier 87 (M87). Es la primera vez que los astrónomos han podido medir la polarización (una huella que dejan los campos magnéticos) tan cerca del borde de un agujero negro. La imagen inferior muestra la vista polarizada del agujero negro de M87, donde las líneas marcan la orientación de la polarización, determinada por el campo magnético que hay alrededor de la sombra del agujero negro.


Esta imagen muestra la vista polarizada del agujero negro de M87. Las líneas marcan la orientación de la polarización, que está relacionada con el campo magnético que hay alrededor de la sombra del agujero negro. Crédito: Colaboración EHT.

21 de junio de 2020

Radiotelescopios revelan atmósfera supergigante de Antares



Un equipo internacional de astrónomos generó el mapa más detallado a la fecha de la atmósfera de la estrella supergigante roja Antares. La sensibilidad y capacidad de resolución sin precedentes tanto del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) como del Karl G. Jansky Very Large Array(VLA), de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos, permitió revelar el tamaño y la temperatura de la atmósfera desde la capa que se encuentra justo encima de la superficie hasta la zona de vientos, pasando por toda su cromosfera.

Las estrellas supergigantes rojas como Antares y su prima más famosa, Betelgeuse, son estrellas enormes y relativamente frías que están llegando al final de su vida. En algún momento se quedarán sin combustible, colapsarán y se convertirán en supernovas. A través de sus fuertes vientos estelares, estas estrellas lanzan elementos pesados al espacio, desempeñando así un importante papel a la hora de esparcir los componentes básicos de la vida por el Universo. Pero la causa de estos fuertes vientos aún es una incógnita. Un estudio detallado de la atmósfera de Antares, la estrella supergigante más cercana a la Tierra, aportó pistas cruciales para resolver el misterio.

El mapa de Antares generado gracias a ALMA y el VLA es el mapa de radio más detallado que se haya obtenido a la fecha de una estrella que no sea el Sol. ALMA observó Antares cerca de su superficie (su fotosfera óptica) en longitudes de onda más cortas, mientras que las longitudes de onda más largas observadas por el VLA revelaron la atmósfera de la estrella, más lejos de la superficie. En la luz visible Antares parece tener un diámetro aproximadamente 700 veces más grande que el Sol. Pero cuando ALMA y el VLA revelaron su atmósfera en ondas de radio, se descubrió que esta estrella supergigante es más grande aún.

“El tamaño de una estrella puede variar drásticamente en función de la longitud de ondas a la que se observa”, explica Eamon O’Gorman, del Instituto de Estudios Avanados de Dublín (Irlanda) y autor principal del estudio, publicado el 16 de junio en la revista Astronomy & Astrophysics. “Las longitudes de onda más largas observadas por el VLA revelaron que la atmósfera de la supergigante tiene cerca de 12 veces su radio”.

Los radiotelescopios midieron la temperatura de la mayor parte del gas y el plasma de la atmósfera de Antares. Lo más notorio fue la temperatura de la cromosfera, la zona que se encuentra sobre la superficie y es calentada por los campos magnéticos y ondas de choque generados por las turbulentas convecciones de la superficie estelar, que recuerdan los movimientos burbujeantes del agua guando hierve. Es poco lo que se sabe sobre las cromosferas, y esta es la primera vez que se observa esta zona en ondas de radio.

Gracias a ALMA y al VLA, los científicos descubrieron que la cromosfera tiene 2,5 veces el radio de la estrella (la cromosfera de nuestro Solo tiene solo 1/200 de su radio). Asimismo, descubrieron que la temperatura de la cromosfera es más baja de lo que se había inferido anteriormente a partir de observaciones ópticas y ultravioletas, y alcanza un valor máximo de 3.500 grados Celsius (6.400 grados Fahrenheit), antes de descender gradualmente. En comparación, la cromosfera del Sol alcanza temperaturas de casi 20.000 grados Celsius.

“No dimos cuenta de que la cromosfera es más bien tibia en términos de temperaturas estelares”, comenta O’Gorman. “La diferencia se debe a que nuestras mediciones de radio son sensibles a la mayor parte del gas y el plasma de la atmósfera de la estrella, mientras que las observaciones ópticas y ultravioletas realizadas anteriormente eran sensibles únicamente al plasma y al gas muy calientes”.

“Creemos que las estrellas supergigantes rojas como Antares y Betelgeuse tienen atmósferas poco homogéneas”, afirma el coautor del artículo Keiichi Ohnaka, de la Universidad Católica del Norte (Chile), quien anteriormente había observado la atmósfera de Antares en luz infrarroja. “Podemos imaginar que sus atmósferas son como una pintura hecha de muchos puntos de colores que representan distintas temperaturas. La mayor parte de la pintura contiene puntos de gas tibio que los radiotelescopios no pueden detectar, pero también hay puntos fríos que solo los telescopios infrarrojos ven y puntos calientes que solo son captados por los telescopios UV. Por el momento no podemos estudiar estos puntos de forma individual, pero queremos intentarlo en el futuro”.

En los datos de ALMA y del VLA, los astrónomos pudieron distinguir claramente por primera vez la cromosfera y la zona donde empiezan a formarse los vientos. En la imagen del VLA se aprecia un enorme viento expulsado por Antares y encendido por su estrella compañera, más pequeña y caliente, Antares B.

“Cuando era estudiante soñaba con tener datos como estos”, cuenta el coautor Graham Harper, de la Universidad de Colorado (Boulder, EE. UU.). “Conocer los tamaños y temperaturas reales de las zonas atmosféricas nos da una pista sobre cómo estos vientos se forman y cuánta masa es expulsada”.“Normalmente vemos las estrellas en el cielo nocturno como simples puntos de luz. El hecho de que podamos mapear las atmósferas de estas estrellas supergigantes pone de manifiesto los avances tecnológicos logrados en interferometría. Estas observaciones pioneras nos acercan el Universo, y nos permite observarlo como si estuviéramos observando nuestro jardín”, celebra Chris Carilli, del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos, quien participó en las primeras observaciones de Betelgeuse en distintas longitudes de onda de radio con el VLA en 1998.

Imágenes de radio de Antares obtenidas con ALMA y el VLA. ALMA observó Antares cerca de su superficie en longitudes de onda más cortas, mientras que las longitudes de onda más largas observadas por el VLA revelaron la atmósfera de la estrella, más distante de la superficie. En la imagen del VLA se aprecia un enorme viento a la derecha, expulsado por Antares y encendido por su estrella compañera, más pequeña y caliente, Antares B. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), E. O’Gorman; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello


Representación artística de la atmósfera de Antares. A simple vista (hasta su fotosfera), Antares es cerca de 700 veces más grande que nuestro Sol: lo suficientemente grande como para llenar el Sistema Solar más allá de la órbita de Marte (se muestra el Sistema Solar a modo de comparación). Pero ALMA y el VLA revelaron que su atmósfera, incluidas las cromosferas inferior y superior y la zona de vientos, es 12 veces más grande. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), E. O’Gorman; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Representación artística de la supergigante roja Antares. Crédito: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Mapa de estrellas que muestra la ubicación de la brillante estrella roja Antares (en el círculo rojo). Antares es la supergigante roja más cercana a la Tierra (555 años luz de distancia), y se encuentra en la constelación de Escorpio, el Escorpión. Créditos: ESO, IAU, Sky & Telescope



















Fuentes: alma observatory

28 de febrero de 2020

Cómo las estrellas recién nacidas se preparan para el nacimiento de los planetas



Un equipo internacional de astrónomos usó dos de los radiotelescopios más poderosos del mundo, ALMA y el VLA, para generar más de 300 imágenes de discos protoplanetarios que rodean jóvenes estrellas de las nubes de Orión. Estas imágenes revelan nuevos detalles sobre los lugares donde se forman los planetas y las primeras etapas de los procesos de formación estelar.

La mayoría de las estrellas del Universo están acompañadas de planetas. Estos planetas nacen en anillos de polvo y gas conocidos como discos protoplanetarios, e incluso las estrellas más jóvenes están rodeadas por estos discos. Los astrónomos buscan entender cómo exactamente estos discos empiezan a formarse y qué aspecto tienen. Sin embargo, las estrellas jóvenes emiten muy poca luz y están rodeadas de nubes de polvo y gas que funcionan como verdaderas incubadoras estelares. Por eso, solo los radiotelescopios más sensibles son capaces de detectar los diminutos discos que circundan a estas estrellas infantes en medio del denso material que compone estas nubes.

En este nuevo estudio, los astrónomos apuntaron el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos, a una región donde se forman muchas estrellas: las nubes moleculares de Orión. Se trata del estudio de estrellas y sus respectivos discos más ambicioso que se haya emprendido a la fecha, y se lo bautizó como VLA/ALMA Nascent Disk and Multiplicity (VANDAM).

Las estrellas muy jóvenes, también llamadas protoestrellas, se forman en nubes de polvo y gas en el espacio. La primera etapa de los procesos de formación estelar es el colapso de estas densas nubes debido a la gravedad. Al colapsar, estas nubes empiezan a girar hasta formar un disco plano alrededor de una protoestrella. La estrella crece alimentándose del material del disco, cuyos restos, con el tiempo, pueden terminar formando planetas.

Muchos de los aspectos de esta primera etapa de formación estelar, como la formación del propio disco, todavía no están del todo claros. Este estudio aporta nuevas pistas gracias al trabajo del VLA y de ALMA, que pudieron observar a través de las densas nubes y estudiar cientos de protoestrellas y sus discos en distintas etapas de formación.

Jóvenes discos protoplanetarios

“Este estudio reveló la masa y el tamaño promedios de estos discos protoplanetarios sumamente jóvenes”, celebra John Tobin, del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO) en Charlottesville (Virginia), quien dirige el equipo de investigación. “Ahora podemos compararlos con los discos más desarrollados, que también han sido muy estudiados con ALMA”.

Tobin y su equipo descubrieron que los discos más jóvenes pueden ser de tamaño similar pero, en promedio, mucho más masivos que los discos más viejos. “A medida que crecen, las estrellas consumen cada vez más material del disco. Por eso, los discos más jóvenes contienen mucho más material bruto a partir del cual se pueden formar los planetas. Alrededor de estrellas muy jóvenes pueden empezar a formarse los planetas más grandes”.

Cuatro protoestrellas especiales

Entre cientos de imágenes obtenidas, cuatro protoestrellas llamaron la atención de los científicos por su aspecto peculiar. “Estas estrellas recién nacidas tenían un aspecto muy irregular y amorfo”, explica la miembro del equipo, Nicole Karnath, quien estaba afiliada a la Universidad de Toledo (Ohio), y ahora se desempeña en el centro SOFIA de la NASA. “Creemos que se encuentran en una de las primeras etapas de formación, y es posible que algunas ni siquiera sean protoestrellas aún”.

El hecho de que los científicos hayan encontrado cuatro objetos de este tipo es todo un logro. “Raramente encontramos más de un objeto irregular como estos en una observación”, señala Karnath, quien se basó en estas cuatro estrellas infantes para proponer una descripción esquemática de las primeras etapas de formación estelar. “No conocemos su edad precisa, pero es muy probable que tengan menos de 10.000 años”.

Para ser considerada una protoestrella típica (de clase 0), una estrella debe tener no solo un disco que gire a su alrededor, sino también un chorro que expulse material en direcciones opuestas y despeje la densa nube que rodea la estrella hasta volverla visible en el espectro óptico. Estos chorros son importantes porque impiden que las estrellas pierdan su eje giratorio mientras crecen. Ahora bien, los astrónomos aún no saben en qué momento empiezan a producirse estos chorros.

Una de las jóvenes estrellas observadas en este estudio, conocida como HOPS 404, tiene un chorro de apenas 2 kilómetros por segundo (los chorros de las protoestrellas suelen tener velocidades de unos 10-100 km/s). “Es un gran sol hinchado que sigue acumulando mucha masa, pero acaba de empezar a producir su chorro para perder impulso angular y seguir creciendo”. explica Karnath. “Este es uno de los chorros más pequeños que hemos visto, y avala nuestra teoría sobre la primera etapa de formación de las protoestrellas”.

ALMA y el VLA trabajando juntos

La increíble resolución y sensibilidad logradas con ALMA y el VLA fue fundamental para estudiar las zonas externas e internas de las protoestrellas y sus discos durante estas observaciones. Mientras ALMA es capaz de examinar en gran detalle el denso polvo presente alrededor de las protoestrellas, el VLA obtiene imágenes en longitudes de onda más largas, sumamente importantes para entender las estructuras internas de las protoestrellas más jóvenes a escalas inferiores a nuestro Sistema Solar.

“Al combinar ALMA y el VLA obtenemos lo mejor de ambos tipos de herramienta”, explica Tobin. “Gracias a estos telescopios, empezamos a entender cómo empiezan a formarse los planetas”.

Imágenes
Estudio VANDAM
ALMA y el VLA observaron más de 300 protoestrellas y sus jóvenes discos protoplanetarios en Orión. En esta imagen se aprecia un subgrupo de estrellas, entre las que se incluyen algunas binarias. Los datos de ALMA y del VLA se complementan: mientras ALMA observa la parte externa del disco (en azul), el VLA observa los discos internos y los núcleos de las estrellas (en naranja).
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Protoestrellas observadas en las nubes moleculares de Orión
La imagen muestra las nubes moleculares de Orión observadas durante el estudio VANDAM. Los puntos amarillos muestran la ubicación de las protoestrellas observadas en una imagen de fondo azul generada por el telescopio espacial Herschel. Los recuadros muestran nueve jóvenes protoestrellas vistas con ALMA (en azul) y el VLA (en naranja).
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Herschel/ESA

Ilustración del proceso de formación de las protoestrellas
En esta ilustración se propone una explicación de la formación de las protoestrellas (línea superior) basada en cuatro protoestrellas muy jóvenes (línea inferior) observadas por el VLA (naranja) y ALMA (azul). La primera etapa (step 1) representa el colapso de polvo y gas. En la segunda etapa se aprecia una región opaca que empieza a formar una nube. En la tercera etapa, se empieza a formar un núcleo hidrostático debido al incremento de la presión y la temperatura, rodeado de una estructura circular y un incipiente chorro. En la cuarta etapa se ilustra el nacimiento de una protoestrella de clase 0 dentro de la región opaca, que puede tener un disco giratorio en equilibrio rotacional y un chorro mejor definidos. En la quinta etapa se aprecia una típica protoestrella de clase 0 con chorros que traspasaron la nube (y se volvieron visibles en el espectro óptico) y un disco giratorio en plena acreción. En la línea inferior, las siluetas blancas corresponden a los chorros de la protoestrella observados por ALMA.
Crédit:os ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), N. Karnath; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton y S. Dagnello

Mapa estelar de la constelación de Orión y las protoestrellas observadas
Las nubes moleculares de Orión (en azul, a partir de observaciones del telescopio Herschel) se encuentran en la constelación de Orión. Los puntos rojos muestran la ubicación de las protoestrellas observadas en el estudio VANDAM.
Créditos: IAU; revista Sky & Telescope; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Herschel/ESA; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin

Rayos cósmicos galácticos afectan la atmósfera de Titán



Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos planetarios reveló los secretos de la atmósfera de Titán, la luna más grande de Saturno. Los investigadores detectaron huellas químicas que indican que los rayos cósmicos provenientes de zonas externas al Sistema Solar afectan a las reacciones químicas que intervienen en la formación de moléculas orgánicas a base de nitrógeno. Esta es la primera observación que confirma la existencia de estos procesos, y contribuye para una mejor comprensión del intrigante medioambiente de Titán.

Esta luna genera mucho interés debido a su atmósfera única, donde se han detectado determinadas moléculas orgánicas que constituyen un ambiente prebiótico.

El científico de la Universidad de Tokio, Takahiro Iino, y su equipo usaron ALMA para revelar los procesos químicos que ocurren en la atmósfera de Titán. Los astrónomos detectaron señales débiles pero sostenidas de acetonitrilo (CH3CN) y su raro isotopómero CH3C15N en los datos de ALMA.

“Descubrimos que la concentración de 14N en el acetonitrilo es mayor que en otras moléculas de nitrógeno, como el HCN y el HC3N”, explica Iino. “Esto coincide con las recientes simulaciones informáticas de procesos químicos en presencia de rayos cósmicos muy energéticos”.

Hay dos grandes factores en los procesos químicos de la atmósfera: la luz ultravioleta (UV) proveniente del Sol y los rayos cósmicos provenientes de fuera del Sistema Solar. En la parte superior de la estratósfera, la luz UV destruye de forma selectiva las moléculas de nitrógeno que contienen 15N, puesto que la luz UV con la longitud de onda específica que interactúa con el 14N14N es neutralizada a esa altitud a causa de la fuerte absorción. Así, las moléculas a base de nitrógeno producidas allí tienden a contener grandes concentraciones de 15N. Por otro lado, los rayos cósmicos penetran más e interactúan con moléculas de nitrógeno que contienen solo 14N. En consecuencia, se produce una diferencia en la cantidad de moléculas con 14N y 15N. Los investigadores revelaron que el acetonitrilo de la parte inferior de la estratósfera contiene más 14N que otras moléculas de nitrógeno estudiadas anteriormente.

“Suponemos que los rayos cósmicos galácticos desempeñan un importante papel en las atmósferas de otros cuerpos del Sistema Solar”, comenta Hideo Sagawa, profesor asociado de la Universidad Kyoto Sangyo, quien participó en la investigación. “Podría ser un proceso universal, con lo cual entender el papel de los rayos cósmicos en Titán es fundamental para la ciencia planetaria en general”.

Titán es uno de los objetos más observados con ALMA. Los datos recabados con este radiotelescopio deben ser calibrados para eliminar las fluctuaciones causadas por variaciones en las condiciones meteorológicas locales y factores mecánicos. Así, de vez en cuando el personal del observatorio apunta sus antenas hacia fuentes brillantes como Titán durante las observaciones científicas para realizar mediciones de referencia. Gracias a ello hay una gran cantidad de datos sobre Titán almacenada en el archivo científico de ALMA. Tras hurgar en el archivo y reanalizar los datos de Titán, Iino y su equipo detectaron sutiles huellas de CH3C15N.

Imágenes
Imagen óptica de Titan captada por la nave espacial Cassini de la NASA.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Espectro de CH3CN y CH3C15N captado por ALMA en la atmósfera de Titan. Las líneas punteadas verticales indican la frecuencia de líneas de emisión de dos moléculas predichas por el modelo teórico.
Crédito: Iino et al. (Universidad de Tokio)

27 de octubre de 2019

Astronomía - ALMA presencia la formación de planetas

Representación artística del gas que fluye en cascada hacia el surco de un disco protoplanetario, probablemente causado por un planeta recién formado. Créditos: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos observó desplazamientos de gas en 3D en un disco donde se forman planetas. En tres lugares del disco que rodea una joven estrella conocida como HD 163296, hay gas que fluye en cascada hacia surcos probablemente generados por planetas en formación. Hacía tiempo que se había predicho la existencia de estos flujos de gas, que podrían estar influyendo directamente en la composición química de las atmósferas de estos planetas. Los resultados de este estudio se publicaron en la última edición de la revista Nature.

Los planetas se forman en discos de polvo y gas. Los astrónomos estudian estos discos, conocidos como discos protoplanetarios, para entender los procesos de formación planetaria. Las hermosas imágenes de los discos obtenidas con ALMA muestran claros surcos y anillos en el polvo que podrían ser producidos por planetas en formación.

Para estar seguros de que son planetas los que generan estos surcos, y para entender a cabalidad los procesos de formación planetaria, los científicos estudian el gas del que están hechos estos discos, además del polvo. El 99 % de la masa de los discos protoplanetarios está hecha de gas, en parte de monóxido de carbono (CO), que resulta ser el más brillante y que puede ser observado con ALMA.

El año pasado, dos equipos de astrónomos revelaron una nueva técnica de búsqueda de planetas basada en este gas. Se midió la velocidad de rotación del CO en el disco que rodea a la joven estrella HD 163296. Las alteraciones locales en el movimiento del gas revelaron tres estructuras con forma planetaria en el disco.

En este nuevo estudio, el autor principal, Richard Teague, de la Universidad de Michigan, y su equipo usaron nuevos datos en alta resolución obtenidos por ALMA en el marco del proyecto Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) para estudiar en detalle la velocidad de desplazamiento del gas. “Con los datos de alta resolución de este programa pudimos medir la velocidad del gas en tres direcciones, en vez de solo una”, explica Teague. “Por primera vez, calculamos el movimiento del gas en todas las direcciones posibles: alrededor de la estrella, acercándose o alejándose de ella, y hacia arriba o abajo del disco”.

Una simulación informática reveló que los flujos de gas tienen características únicas y probablemente son causados por la presencia de planetas en tres lugares diferentes del disco. (Foto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Bae; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)

Teague y sus colegas observaron el gas desplazándose desde las capas superiores hacia la mitad del disco en tres lugares distintos. “Lo más probable es que un planeta en órbita alrededor de la estrella desplace el polvo y el gas hacia el costado y genere un surco”, explica Teague. “Así, el gas encima del surco cae hacia él como una cascada y genera un flujo de gas giratorio en el disco”.

Esta es la mejor prueba de que hay planetas formándose alrededor de HD 163296. Sin embargo, los astrónomos no están cien por ciento seguros de que estos flujos de gas son provocados por planetas. Por ejemplo, el campo magnético de la estrella también podría afectar el gas. “Por ahora, solo una observación directa de los planetas permitiría descartar las demás posibilidades, pero las características de estos flujos de gas son únicas, y es muy probable que sean causadas únicamente por planetas”, señala Jaehan Bae, de la Carnegie Institution for Science, quien es coautor del artículo y puso a prueba esta teoría mediante una simulación informática del disco.

Las ubicaciones de los tres planetas cuya existencia se predice en este estudio corresponden a los hallazgos del año pasado. Sus posiciones probables son a 87, 140 y 237 UA de la estrella (una unidad astronómica [UA] corresponde a la distancia promedio entre la Tierra y el Sol). Se calcula que el planeta más cercano a HD 163296 tiene la mitad de la masa de Júpiter, el segundo más cercano tiene una masa equivalente a la de Júpiter y el más alejado tiene dos veces su masa.


Estos desplazamientos de gas desde la superficie hasta el plano medio de los discos protoplanetarios se habían predicho desde fines de los noventa. Sin embargo, esta es la primera vez que los astrónomos los observan. Además de ser útiles para detectar planetas jóvenes, estos flujos también pueden ayudarnos a entender mejor cómo los planetas gaseosos gigantes fabrican sus atmósferas.

“Los planetas se forman en la capa intermedia del disco, o plano medio. Es un lugar frío y protegido de la radiación emanada de la estrella”, explica Teague. “Creemos que los surcos causados por los planetas atraen gas menos frío de las capas externas del disco, más activas en términos químicos, y que ese gas termina formando la atmósfera de los planetas”.


Teague y su equipo no esperaban poder ver este fenómeno. “El disco que rodea HD 163296 es el más grande y brillante que se puede observar con ALMA”, afirma Teague. “Pero fue una gran sorpresa haber visto estos flujos de gas con tanta claridad. El disco parece ser mucho más dinámico de lo que creíamos”.

“Esto nos proporciona un panorama mucho más completo de los procesos de formación planetaria de lo que jamás habríamos soñado”, comenta otro autor del artículo, Ted Bergin, de la Universidad de Michigan. “Al caracterizar estos flujos, podemos determinar cómo nacen los planetas como Júpiter y caracterizar su composición química al nacimiento. Y podríamos usar esta información para determinar el lugar de nacimiento de estos planetas, puesto que pueden desplazarse durante su formación”

Astrofísica - Observan inesperados flujos opuestos alrededor de un agujero negro


Representación artística del centro de la galaxia NGC 1068, que alberga un agujero negro supermasivo activo oculto dentro de una espesa nube de polvo y gas con forma de donut. ALMA descubrió dos flujos de gas alrededor del agujero negro que giran en sentido opuesto. Los colores de esta imagen corresponden al movimiento del gas: el material representado en azul se desplaza hacia nosotros, mientras que lo que aparece en rojo se aleja. Créditos: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.

En el centro de una galaxia conocida como NGC 1068 se esconde un agujero negro supermasivo rodeado de una densa nube de polvo y gas con forma de donut. Al usar el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudiar esta nube en detalle, un equipo de astrónomos hizo un inesperado hallazgo que podría explicar por qué los agujeros negros supermasivos crecieron tan rápido en el Universo primitivo.

“Gracias a la espectacular resolución de ALMA, pudimos determinar el movimiento del gas en las órbitas internas alrededor del agujero negro”, celebra Violette Impellizzeri, del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO), quien trabaja actualmente en ALMA, en Chile, y es la autora principal de un artículo publicado en la revista The Astrophysical Journal. “Para nuestra sorpresa, encontramos dos discos de gas que giran en sentidos opuestos”.

Los agujeros negros supermasivos ya existían cuando el Universo era joven, tan solo 1.000 millones de años después del Big Bang. Lo que no acaban de entender los astrónomos es cómo estos objetos tan peculiares, con masas que superan en miles de millones de veces la masa de nuestro Sol, tuvieron tiempo para crecer tanto. El nuevo hallazgo hecho con ALMA podría darles una pista. “Los flujos de gas que giran en sentidos contrarios son inestables, y eso significa que las nubes fluyen hacia el agujero negro más rápido que en los discos que giran en un solo sentido”, explicar Impellizzeri. “Eso podría explicar por qué un agujero negro crece tan rápido”.

NGC 1068 (también conocida como Messier 77) es una galaxia espiral situada a unos 47 millones de años luz de la Tierra, en dirección de la constelación de Cetus. En su centro hay un núcleo galáctico activo, un agujero negro supermasivo que se está alimentando a partir de un delgado disco giratorio de polvo y gas, conocido como disco de acreción.







Imagen obtenida con ALMA que muestra dos discos de gas moviéndose en sentidos opuestos alrededor del agujero negro de la galaxia NGC 1068. (Foto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), V. Impellizzeri; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)


En observaciones anteriores de ALMA se había revelado que el agujero negro está tragando material y escupiendo gas a una velocidad increíble. Es posible que el gas expulsado del disco de acreción contribuya a mantener la zona que rodea el agujero negro oculta a la vista de los telescopios ópticos.

Impellizzeri y su equipo usaron la extraordinaria capacidad de zoom de ALMA para observar el gas molecular que rodea el agujero negro y, para su sorpresa, encontraron dos discos de gas que giran en sentidos opuestos. El disco interno tiene se extiende por unos 2 a 4 años luz y sigue la rotación de la galaxia, mientras que el externo (también conocido como toroide), abarca entre 4 y 22 años luz y gira en sentido contrario.

“No esperábamos ver esto, porque el gas que fluye hacia un agujero negro normalmente gira a su alrededor en un solo sentido”, comenta Impellizzeri. “Algo debe de haber alterado el flujo, porque es imposible que parte del disco haya empezado a girar al revés por sí solo”.

La rotación contraria no es un fenómeno tan raro en el espacio. “Es un fenómeno que se observa en las galaxias, generalmente a miles de años luz del centro galáctico”, explica Jack Gallimore, de la Universidad Bucknell (Lewisburg, Pennsylvania, EE. UU.) y coautor del artículo. “La rotación contraria siempre es el resultado de una colisión o interacción entre dos galaxias. Lo notorio de este hallazgo es que se observa a escala mucho menor, a decenas de años luz del agujero negro central, en vez de miles de años luz”.

Los astrónomos creen que el flujo reverso de NGC 1068 puede ser el resultado de nubes de gas expulsadas de la galaxia huésped, o bien de una pequeña galaxia en órbita contraria que, a su paso, capturó el disco.

Por el momento, el disco externo parece describir una órbita estable alrededor del disco interno. “Eso cambiará cuando el disco externo empiece a fluir hacia el disco interno, cosa que podría pasar al cabo de algunas órbitas o de unos cientos de miles de años. Los flujos de gas giratorios entrarán en colisión y se volverán inestables, y los discos probablemente colapsarán en un evento luminoso a medida que el gas molecular caiga dentro del agujero negro. Desafortunadamente, ya no estaremos aquí para presenciar ese espectáculo pirotécnico”, concluye Gallimore. 

26 de junio de 2019

Anillos planetarios de Urano brillan en luz fría


Interpretación artística de Urano y sus oscuros anillos. Envés de observar la luz de Sol reflejada en los anillos, astrónomos obtuvieron una imagen en onda milimétricas e infrarrojas de la emisión propia de las frías partículas que los componen. Crédito: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello.

Utilizando el Atacama Large Millimeter/submilimeter Array (ALMA) y el Very Large Telescope (VLT), astrónomos han obtenido una imagen de los fríos y rocosos anillos que rodean Urano. En lugar de observar la luz del Sol reflejada en estos, ALMA y el VLT captaron el brillo en los rangos milimétrico e infrarrojo medio que emiten sus partículas extremadamente frías. Descubiertos recién en 1977, los anillos de Urano son invisibles para casi todos los telescopios (excepto para los más grandes), pero son sorprendentemente brillantes en las nuevas imágenes térmicas del planeta, captadas por estos dos grandes telescopios en Chile.

El brillo térmico da a los astrónomos una nueva visión de los anillos de Urano, que hasta ahora solo se habían observado al reflejar una pequeña fracción de la luz del Sol. Las nuevas imágenes captadas por ALMA y el VLT permitieron por primera vez medir la temperatura de los anillos: unos fríos 77º Kelvin, o -196,15º Celsius.

Las observaciones también confirman que el anillo más brillante y denso de Urano, llamado Épsilon, se diferencia de los otros sistemas de anillos conocidos dentro de nuestro Sistema Solar. En particular de los anillos de Saturno, de espectacular belleza, que son «amplios, brillantes y tienen un rango de tamaño de partículas, desde polvo micrométrico en el anillo D – el más interno- hasta decenas de metros en los anillos principales», explica Imke de Pater, profesor de astronomía de la Universidad de California-Berkeley. «Falta el extremo más pequeño en los anillos de Urano, Épsilon se compone de rocas del tamaño de una pelota de golf y más grandes».

Los anillos de Júpiter, en comparación, contienen en su mayoría partículas pequeñas de tamaño micrométrico (una micra es una milésima de milímetro). Los de Neptuno también son mayoritariamente de polvo, e incluso Urano tiene capas de polvo entre sus estrechos anillos principales.

“Ya sabemos que Épsilon es un poco raro porque no vemos las partículas más pequeñas”, dijo Edward Molter, estudiante de grado de la misma universidad. “Algo las ha estado barriendo o se están juntando. Simplemente no lo sabemos. Este es un paso para entender su composición y saber si todos los anillos provienen del mismo material de origen, o si cada anillo se formó en procesos diferentes”.

Los anillos podrían ser antiguos asteroides capturados por la gravedad del planeta, restos de lunas que chocaron entre sí y se rompieron, restos de lunas que se destrozaron al acercarse demasiado a Urano, o remanentes de la formación hace 4.500 millones de años.

Los nuevos datos fueron publicados esta semana en The Astronomical Journal. De Pater y Molter lideraron las observaciones con ALMA, mientras que Michael Roman y Leigh Fletcher de la Universidad de Leicester, Reino Unido, encabezaron las observaciones con el VLT.

“Los anillos de Urano son diferentes en composición del anillo principal de Saturno, en el sentido de que, en el rango de lo visible e infrarrojo, su albedo, es decir su capacidad de reflejar la luz, es mucho más baja: son muy oscuros, como el carbón” dijo Molter. “También son extremadamente angostos en comparación con los anillos de Saturno. El más extenso, Épsilon, varía de 20 a 100 kilómetros, mientras que los anillos de Saturno tienen cientos o decenas de miles de kilómetros de ancho».

La falta de partículas del tamaño del polvo en los anillos principales de Urano se observó por primera vez en 1986 cuando la sonda Voyager 2 pasó cerca del planeta. Sin embargo, la nave espacial no pudo medir la temperatura de los anillos. Hasta la fecha, los astrónomos han contado un total de 13 anillos en Urano, existiendo algunas capas de polvo entremedio.

«Es genial que podamos hacer esto con los instrumentos disponibles», dijo Molter. «Estaba tratando de obtener la mejor imagen posible del planeta cuando vi sus anillos. Fue increíble».

Tanto las observaciones del VLT como las de ALMA fueron diseñadas para explorar la estructura de las temperaturas de la atmósfera de Urano, con el VLT sondeando longitudes de onda más cortas que ALMA.

«Nos sorprendió ver tan claramente los anillos cuando procesamos los datos por primera vez» dijo Fletcher.

Se trata de una desafiante oportunidad para el futuro telescopio espacial, James Webb, que tendrá la capacidad de proporcionar mayores detalles sobre los anillos de Urano, una vez sea lanzado en la próxima década.

Información adicional

Esta investigación fue aceptada para publicación bajo el título «Emisión térmica del sistema de anillos de Urano» por E.M. Molter, et al., en the Astrophysical Journal. (Preimpresión: https://arxiv.org/abs/1905.12566).

Los autores de la investigación son Edward M. Molter [1], Imke de Pater [1], Michael T. Roman [2], and Leigh N. Fletcher [2].


[1] Astronomy Department, University of California, Berkeley; Berkeley CA, 94720, EE.UU.
[2] Department of Physics & Astronomy, University of Leicester, University Road, Leicester, LE1 7RH, Reino Unido.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Imágenes
Imagen compuesta de la atmósfera y los anillos de Urano tomada con el radiotelescopio ALMA en diciembre de 2017. La imagen muestra por primera vez la emisión térmica, o temperatura, de los anillos de Urano, permitiendo a los astrónomos determinarla en unos fríos 77º Kelvin (-196,15℃). Bandas oscuras en la atmósfera de Urano delatan la presencia de moléculas que absorben las ondas de radio, en particular gas de Sulfuro de Hidrógeno (H2S); mientras que las zonas más brillantes como el polo norte contienen muy pocas de estas moléculas. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); E. Molter and I. de Pater.

Fuentes: ALMA

13 de junio de 2019

Observan anillo frío y nebuloso alrededor de agujero negro supermasivo de la Vía Láctea

Concepción artística del anillo de gas alrededor del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea. Crédito: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello.

Nuevas observaciones realizadas por ALMA revelaron un disco frío de gas interestelar, que nunca se había observado antes, alrededor del agujero negro supermasivo al centro de la Vía Láctea. Este disco nebuloso permite a los astrónomos entender mejor el fenómeno de la acreción, a saber, el desplazamiento de material hacia la superficie de un agujero negro. Estos resultados se publicaron en la revista Nature.

Tras décadas de estudio, los astrónomos han logrado entender mejor el caótico y abarrotado entorno del agujero negro supermasivo que habita el centro de la Vía Láctea. Nuestro centro galáctico se encuentra a aproximadamente 26 mil años luz de la Tierra, y el agujero negro que allí se encuentra, conocido como Sagitario A*, tiene una masa equivalente a 4 millones de veces más grande que el Sol. Ahora sabemos que esa región rebosa de estrellas errantes, nubes de polvo interestelar y gases relativamente fríos, pero increíblemente calientes. Estos gases se creen orbitan alrededor del agujero negro describiendo un gran disco de acreción que se extiende hasta varios décimos de año luz desde el horizonte de eventos del agujero negro.

Sin embargo, hasta ahora los astrónomos solo han podido obtener imágenes de la parte más tenue y caliente del gas en acreción, que forman un flujo semiesférico que no parece rotar. Su temperatura se estima alcanza unos abrasadores 10 millones de grados Celsius, o cerca de dos tercios de la temperatura que hay en el centro de nuestro Sol. A tamaña temperatura, el gas emite una intensa luz de rayos X, que es captada por los telescopios espaciales de rayos X, a una escala de aproximadamente un décimo de año luz desde el agujero negro.

Además de este gas caliente y brillante, en observaciones realizadas anteriormente con telescopios que operan en longitudes de onda milimétricas ya se habían detectado grandes cantidades de gas de hidrógeno más frío (cerca de 10.000 grados Celsius) a unos pocos años luz del agujero negro: a un centésimo de año luz de distancia, o unas 630 veces la distancia que separa la Tierra del Sol.

A pesar de que el agujero negro de nuestro centro galáctico está relativamente tranquilo, la radiación a su alrededor es lo suficientemente fuerte para que los átomos de hidrógeno estén constantemente perdiendo y recombinando sus electrones. Y este fenómeno emite una señal característica en longitudes de onda milimétricas que logra llegar a la Tierra con pocas pérdidas en el camino. Gracias a su gran sensibilidad y capacidad para realizar observaciones con un gran nivel de detalle, ALMA pudo detectar esta débil señal de radio y generar la primera imagen del disco de gas más frío que rodea el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea. Estas observaciones permitieron a los astrónomos mapear la región y rastrear el movimiento del gas. Los investigadores estiman que la cantidad de hidrógeno en este frío disco es alrededor de un décimo de la masa de Júpiter, o un diezmilésimo del Sol.



Al mapear las variaciones en las longitudes de onda de esta luz de radio provocadas por el efecto Doppler (la luz emitida por objetos que viajan en dirección de la Tierra se ve levemente desplazada hacia el espectro azul, mientras que la luz de los astros que se alejan de nosotros se desplaza hacia el espectro rojo), los astrónomos pudieron determinar fehacientemente que el gas estaba en órbita alrededor del agujero negro. Esta información ayudará a entender mejor la manera en que los agujeros negros devoran materia y las complejas interacciones entre los agujeros negros y su entorno galáctico.

“Fuimos los primeros en obtener imágenes de este escurridizo disco y estudiar su rotación”, afirma Elena Murchikova, del departamento de Astrofísica del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, en Nueva Jersey, y autora principal del artículo. “También estamos estudiando la acreción en dirección del agujero negro. Es importante, porque este es el agujero negro supermasivo más cercano a nosotros, y a pesar de eso no entendemos bien cómo funciona este fenómeno de acreción. Esperamos que con estas nuevas observaciones de ALMA lograremos desentrañar algunos secretos del agujero negro”.

El centro de nuestra galaxia está a unos 26.000 años luz de la Tierra, y el agujero negro supermasivo que lo habita, conocido como Sagitario A* (“Sagitario A estrella”), tiene 4 millones de veces la masa de nuestro Sol. Los investigadores calculan que la cantidad de hidrógeno presente en este frío disco tiene cerca de un décimo de la masa de Júpiter, o una diezmilésima parte de la masa del Sol.

Tras analizar la velocidad de rotación del gas frío, estimada en unos 2.200 kilómetros por segundo, los astrónomos concluyeron que el disco o bien está casi de frente, o está hecho de pequeñas aglomeraciones que se mueven de forma aleatoria en órbitas diferentes, sin que haya tanta rotación sistemática.

Fuente: https://www.almaobservatory.org/

30 de abril de 2019

La gran diversidad de guarderías estelares en galaxias cercanas



Messier 100 es una de las 74 galaxias cercanas cuyas guarderías estelares han sido recientemente observadas por ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) en un censo astronómico llamado PHANGS (Physics at High Angular resolution in Nearby GalaxieS, física a gran resolución angular en galaxias cercanas). Hasta ahora, se han obtenido imágenes de unas 100.000 de estas guarderías estelares, utilizando más de 750 horas de observación. La extraordinaria sensibilidad de ALMA proporciona datos con una resolución lo suficientemente alta como para poder estudiar en detalle estas regiones, mostrando que algunas están produciendo estrellas frenéticamente, mientras que otras evolucionan de forma más gradual.

Esta anticipada diversidad en el proceso de cómo se forman las estrellas es la motivación que hay tras este enorme esfuerzo. Durante mucho tiempo ha habido teorías que pretendían explicar cómo y por qué tienen lugar estas diferencias, algunas relacionadas con las características de la propia galaxia anfitriona —propiedades como tamaño, edad y dinámica interna—, pero la falta de datos de alta resolución había sido un obstáculo para probarlas.

La gran cantidad y variedad de los datos cedidos por PHANGS ya están ayudando a los astrónomos a comprender más, a pesar de que es sólo una tercera parte del censo. El proyecto pretende observar un total de unos 300.000 guarderías estelares y, una vez completo, debería impulsar significativamente nuestra comprensión de cómo influyen las propiedades de la galaxia en la manera en que se forman nuevas estrellas.

Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

Fuente: ESO

1 de abril de 2019

El nacimiento de un sistema binario estelar masivo

Imagen generada por ALMA de la incubadora de estrellas IRAS-07299, con el sistema binario masivo en el centro. La imagen de fondo muestra flujos de gas densos y polvorientos (representados en verde) que parecen fluir hacia el centro. En azul se muestra el movimiento del gas, reflejado en las moléculas de metanol, que se desplaza hacia nosotros, y en rojo se muestra el gas que se aleja. En el recuadro se aprecia un acercamiento del sistema binario masivo en formación, con la protoestrella primaria, más brillante, que se desplaza hacia nosotros, representada en azul, mientras que la protoestrella secundaria, más tenue, se ve en rojo, alejándose de nosotros. Las líneas punteadas en azul y rojo representan las órbitas de ambas estrellas alrededor de su centro de masa (representado por la cruz).

Video realizado con imágenes obtenidas por ALMA donde se aprecian los flujos de gas detectados a partir de las moléculas de metanol, con diferentes velocidades de líneas de visión coloridas, alrededor del sistema protoestelar binario. La imagen gris de fondo muestra la distribución general de las emisiones de polvo de los densos flujos de gas en todas las velocidades.

Un equipo de científicos del RIKEN Cluster for Pioneering Research,de Japón, la Chalmers University of Technology,de Suecia, y la Universidad de Virginia, de Estados Unidos, y sus colaboradores usaron el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar una nube molecular en proceso de colapso y la formación de dos protoestrellas masivas que terminarán convirtiéndose un un sistema estelar binario.

Aunque se sabe que la mayoría de las estrellas masivas tienen compañeras que orbitan a su alrededor, hasta ahora se desconocían las causas de este fenómeno. No se sabía, por ejemplo, si estas estrellas nacían juntas a partir de un disco de gas giratorio en el centro de una nube en proceso de colapso o si se juntaban posteriormente en un cúmulo lleno de estrellas.



Entender el proceso de formación de las estrellas binarias ha sido una tarea complicada, pues las protoestrellas de estos sistemas aún están envueltas en una espesa nube de polvo y gas que impide el paso de casi toda la luz. Afortunadamente, se pueden observar estas protoestrellas a través de las ondas de radio, siempre y cuando se obtenga una resolución espacial suficiente.

En esta investigación, publicada en la revista Nature Astronomy, los investigadores dirigidos por Yichen Zhang, del RIKEN Cluster for Pioneering Research, y Jonathan C. Tan, de la Chalmers University y la Universidad de Virginia, usaron ALMA para observar en alta resolución espacial una zona incubadora de estrellas conocida como IRAS07299-1651, ubicada a 1,68 kiloparsecs de distancia, o unos 5.500 años luz.

Las observaciones revelaron que en esta temprana etapa la nube ya contenía dos objetos: una estrella central “primaria” y otra “secundaria”, también de gran masa, en proceso de formación. Es la primera vez que el equipo de investigación pudo usar estas observaciones para deducir el comportamiento del sistema. Las observaciones mostraron que las dos estrellas en formación están separadas por unas 180 unidades astronómicas (UA), es decir, cerca de 180 veces la distancia que separa la Tierra del Sol. En otras palabras, están bastante alejadas. Actualmente orbitan una alrededor de la otra en un período de casi 600 años y tienen una masa total al menos 18 veces superior a la de nuestro Sol.

“Es un hallazgo emocionante porque hacía tiempo que nos preguntábamos si las estrellas formaban sistemas binarios durante el colapso inicial de la nube incubadora o si lo hacían posteriormente”, explica Zhang. “Nuestras observaciones muestran claramente que la división en estrellas binarias sucede al comienzo, cuando aún están en su infancia”.

Otro hallazgo del estudio es que las estrellas binarias provienen del mismo disco, que se alimenta de una nube que está colapsando y propiciando un escenario donde la estrella secundaria se forma a partir de la fragmentación del disco que originalmente rodeaba a la estrella primaria. Esto permite a la protoestrella secundaria (que al principio era más pequeña) “robarle” materia a su hermana hasta que ambas alcanzan una masa similar.

“Este es un hallazgo importante para entender el nacimiento de las estrellas masivas”, agrega Tan. “Son estrellas importantes en todo el Universo, cuando menos porque producen, al final de sus vidas, los elementos pesados que componen nuestra Tierra y están en nuestros cuerpos”, prosigue. “Lo importante ahora es ver otros ejemplos y saber si es una situación única o si es recurrente en el nacimiento de las estrellas masivas”.

Fuentes: ALMA

El auge y ocaso de la formación estelar en la galaxia MACS0416_Y1

Interpretación artística de la distante galaxia MACS0416_Y1. A partir de las observaciones de ALMA y el HST, los investigadores postulan que esta galaxia contiene cúmulos poblados por estrellas maduras y jóvenes. Las nubes de gas y polvo están iluminadas por la luz de las estrellas. Créditos: Observatorio Astronómico Nacional de Japón

Imagen de la distante galaxia MACS0416_Y1 obtenida por ALMA y el telescopio espacial Hubble (HST). La distribución del polvo y del gas de oxígeno detectados por ALMA se muestra en rojo y verde, respectivamente, mientras que la distribución de las estrellas observadas por el HST se muestra en azul. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA, Tamura et al.

Un grupo de investigadores detectó una señal de radio proveniente de polvo interestelar presente en grandes cantidades en MACS0416_Y1, una galaxia situada a 13.200 millones de años luz de nosotros, en la constelación de Erídano. Como los modelos actuales no logran explicar la existencia de tamaña cantidad de polvo en una galaxia tan joven, los astrónomos han tenido que replantearse la narrativa de los procesos de formación estelar. En este caso, los investigadores postulan que MACS0416_Y1 experimentó dos intensos brotes de formación estelar unos 300 millones y 600 millones de años después del Big Bang, intercalados por una etapa de quietud.

Las estrellas son los principales protagonistas del Universo, pero son animadas tras las bambalinas por manos invisibles hechas de polvo y gas. En efecto, las nubes de polvo y gas constituyen el escenario de los fenómenos de formación estelar y son los grandes guionistas de la historia cósmica.

“El polvo y los elementos relativamente pesados como el oxígeno son esparcidos en el espacio cuando mueren las estrellas”, explica Yoichi Tamura, profesor asociado de la Universidad de Nagoya y autor principal del artículo que consigna el hallazgo. “Por lo tanto, cuando se detecta polvo en algún punto del tiempo, significa que ya se formó y murió un determinado número de estrellas bastante antes de ese momento”.

Tamura y su equipo observaron la distante galaxia MACS0416_Y1 con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array(ALMA). Debido a la velocidad finita de la luz, las ondas de radio provenientes de esta galaxia que se detectaron ahora tuvieron que viajar durante 13.200 millones de años para llegar hasta nosotros. En otras palabras, estas ondas nos proporcionan una imagen de la galaxia tal como era hace 13.200 millones de años, es decir, solo 600 millones de años después del Big Bang.

Los astrónomos detectaron una señal débil pero característica de las emisiones de radio emanadas de partículas de polvo en MACS0416_Y1 [1]. El telescopio espacial Hubble, el telescopio espacial Spitzer y el Very Large Telescopede la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral han observado la luz de las estrellas que habitan la galaxia, y según su color, se calcula que estas tienen 4 millones de años de edad.

“No es fácil”, comenta Tamura, absorto en sus reflexiones. “Hay demasiado polvo como para que se haya formado en 4 millones de años. Es intrigante, pero tenemos que perseverar. Es posible que haya estrellas más antiguas ocultas en la galaxia, o que ya se hayan extinguido y desaparecido”, señala.

“Se han propuesto varias explicaciones para esta misteriosa abundancia de polvo”, cuenta Ken Mawatari, investigador de la Universidad de Tokio. “Sin embargo, ninguna es concluyente. Hemos elaborado un nuevo modelo que no requiere suposiciones extremas contrarias a nuestros conocimientos sobre la vida de las estrellas en el Universo actual. El modelo explica bastante bien el color de la galaxia y la cantidad de polvo”. En ese modelo, el primer brote de formación estelar empezó hace 300 millones de años y duró 100 millones de años. Después de eso, la actividad mermó y luego se reanudó a los 600 millones de años del Big Bang. Los investigadores creen que ALMA observó esta galaxia al principio del segundo brote de formación estelar.

“El polvo es fundamental para la formación de planetas como la Tierra”, señala Tamura. “Nuestros resultados constituyen un importante paso para entender la historia del Universo primitivo y el origen del polvo”.
Fuente: ALMA

13 de septiembre de 2018

ASTROFÍSICA - Fuertes vientos inhiben el nacimiento de estrellas en una galaxia lejana

Interpretación artística de un flujo expulsado de gas molecular de una galaxia incubadora de estrellas. Crédito: NRAO / AUI / NSF, D. Berry






Hasta ahora, los astrónomos habían sido incapaces de observar directamente estos intensos chorros en los comienzos del Universo primitivo




Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), y con la ayuda de un lente gravitacional, un equipo de astrónomos detectó el “viento” galáctico molecular más distante observado a la fecha, correspondiente a una época en que el Universo tenía solo 1.000 millones de años. Al observar el flujo de moléculas de hidroxilo (OH) –que delatan la presencia de gas incubador de estrellas en las galaxias–, los investigadores revelaron cómo algunas galaxias del Universo primitivo inhiben un frenesí de nacimiento estelar.

Algunas galaxias, como la Vía Láctea y Andrómeda, fabrican estrellas a un ritmo relativamente lento y constante, a razón de una estrella por año, aproximadamente. Las galaxias con brotes de formación estelar, en tanto, pueden producir cientos o incluso miles de estrellas por año. Sin embargo, no son capaces de mantener ese ritmo ad eternum.

Para evitar consumirse rápidamente en una llamarada espectacular, algunas galaxias ponen frenos al proceso de formación estelar eyectando, al menos en forma temporal, grandes cantidades de gas hacia sus halos en expansión, donde el gas se dispersa por completo o bien vuelve a fluir lentamente hacia la galaxia para volver a alimentar nuevos brotes de formación estelar.

Sin embargo, hasta ahora los astrónomos habían sido incapaces de observar directamente estos intensos chorros en los comienzos del Universo primitivo, donde estos mecanismos son fundamentales para evitar que las galaxias crezcan demasiado rápido y en exceso.

Las nuevas observaciones realizadas con ALMA muestran, por primera vez, un fuerte “viento” de moléculas en una galaxia observada en un período en que el Universo tenía solo 1.000 millones de años. Este hallazgo aporta información nueva sobre cómo algunas galaxias del Universo primitivo autorregularon su crecimiento para continuar fabricando estrellas posteriormente.

La imagen de ALMA (en el círculo) muestra las moléculas de hidroxilo (OH)/ Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Spilker; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello; AURA / NSF

“Las galaxias son monstruos complicados y caóticos, y creemos que estos chorros y vientos son elementos fundamentales de sus procesos de formación y evolución que regulan su capacidad para crecer”, afirma Justin Spilker, astrónomo de la Universidad de Texas, en Austin, y autor principal de un artículo publicado en la revista Science.

Los astrónomos observaron vientos con el mismo tamaño, velocidad y masa en galaxias cercanas con brotes de formación estelar, pero el chorro observado con ALMA el más distante que se haya observado a la fecha con tamaña claridad en el Universo primitivo.

La galaxia, conocida como SPT2319-55, está a más de 12.000 millones de años luz de nosotros, y fue descubierta por el Telescopio del Polo Sur, de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos.

ALMA pudo observar un objeto tan distante gracias al lente gravitacional provocado por otra galaxia situada casi en pleno eje de visión entre la Tierra y SPT2319-55. El lente gravitacional (donde la luz es doblada por la gravedad) amplifica la luz de la galaxia de fondo y hace que se vea más brillante. Esto permite a los astrónomos observarla con más detalle de lo que podrían normalmente. Los astrónomos usan programas informáticos especiales para “deshacer” el efecto del lente gravitacional y reconstituir con precisión la imagen del objeto más distante.

La visión amplificada por el lente gravitacional reveló un fuerte “viento” de gas incubador de estrellas saliendo de la galaxia a casi 800 kilómetros por segundo. No se trata de una brisa suave y constante, sino de erupciones aisladas que expulsan gas a la misma velocidad a la que este se transformaría en nuevas estrellas.

La existencia del chorro fue delatada por la radiación emitida en longitudes de onda milimétricas por una molécula llamada hidroxilo (OH), vista como una línea de absorción, es decir, la sombra de una señal de OH en la brillante luz infrarroja de la galaxia.

A medida que se forman nuevas estrellas, el polvo que las rodea emite un intenso brillo infrarrojo. Sin embargo, la galaxia también genera viento que, en parte, sopla en nuestra dirección. Cuando la luz infrarroja pasa por el viento en su camino hacia la Tierra, las moléculas de OH absorben parte de la luz infrarroja a una longitud de onda bien específica que ALMA puede observar.

“Esa es la absorción característica que detectamos, y a partir de ahí también podemos determinar la velocidad del viento y hacernos una idea aproximada de la cantidad de material contenido en el chorro”, explica Spilker. ALMA es capaz de detectar esta luz infrarroja debido a que, a causa de la expansión del Universo, esta se estira y alcanza longitudes de onda milimétricas antes de llegar a la Tierra.

Según los investigadores, los vientos moleculares son un mecanismo eficiente que tienen las galaxias para autorregular su crecimiento. Estos vientos probablemente son el resultado del efecto de todas las supernovas que explotan en lugares donde hay mucha actividad de formación estelar, o bien de la gran cantidad de energía que se libera cuando parte del gas de la galaxia fluye hacia el agujero negro supermasivo presente en su centro.

“Por ahora hemos observado solo una galaxia a tamaña distancia cósmica, y nos gustaría saber si también hay este tipo de vientos en otras galaxias para entender qué comunes son”, concluye Spilker. “Si se generan prácticamente en todas las galaxias, sabremos que estos vientos moleculares son una forma común de autorregulación del crecimiento de las galaxias”.

“Esta observación de ALMA demuestra cómo la naturaleza junto con una tecnología fántastica nos pueden dar información sobre objetos astronómicos distantes”, dijo Joe Pesce, Director del Programa NSF para NRAO / ALMA, “y el rango de frecuencia de ALMA permitió detectar el desplazamiento hacia el rojo espectral característico de esta importante molécula”.

Fuente: OBSERVATORIO ALMA/DICYT