La afluencia molecular masiva de una galaxia barrada

Redacción | 10/05/2021

NGC 1300, una galaxia espiral barrada. - NASA

Análisis de nuevos espectros infrarrojos de vapor de agua y otros gases han confirmado y cuantificado procesos de canalización de material que se producen en las barras galácticas.

Este material discurre hacia las regiones nucleares de las galaxias, donde ayudan a desencadenar la formación estelar y alimentan el agujero negro supermasivo. La región nuclear está muy oscurecida en luz visible, pero las longitudes de onda infrarrojas y submilimétricas pueden penetrar el polvo, y así se ha medido el proceso en la espiral barrada ESO320-G030.

Estos procesos producen profundas consecuencias. El gas desencadena la actividad de explosión estelar y también puede alimentar al agujero negro supermasivo, convirtiéndolo en un núcleo galáctico activo (AGN); de hecho, se cree que los agujeros negros supermasivos en AGN ganan la mayor parte de su masa en estos eventos de acreción. Eventualmente, la presión hacia el exterior de las supernovas, los choques y/o la actividad de AGN terminan la entrada. Se cree que las fusiones de galaxias son un mecanismo capaz de desencadenar estas entradas masivas al interrumpir el medio. Una causa menos dramática puede resultar de los flujos de gas inducidos por una combinación de rotación galáctica y las inestabilidades gravitacionales generadas por las barras galácticas, las estructuras centrales alargadas (compuestas de estrellas) que se encuentran en numerosas galaxias espirales, incluida la Vía Láctea.

Lo que sucede con el gas que cae cuando se encuentra con una región nuclear es poco conocido porque el muy alto oscurecimiento alrededor de los núcleos galácticos dificulta las observaciones ópticas. Por lo tanto, los astrónomos se han basado en datos de observaciones de longitudes de onda submilimétricas y de infrarrojo lejano que pueden penetrar el polvo, aunque las imágenes de longitudes de onda más largas generalmente carecen de la alta resolución espacial necesaria. La espectroscopía infrarroja ha sido una de las principales formas de superar ambas dificultades porque la radiación no solo penetra en el polvo, las fuerzas y formas de las líneas espectrales se pueden modelar para inferir incluso pequeñas dimensiones, así como temperaturas, densidades y otras características de las regiones emisoras.

Los astrónomos de CfA (Centro de Astrofísica Harvard Smithsoniano) Eduardo González-Alfonso, Matt Ashby y Howard Smith dirigieron un equipo que modeló espectros infrarrojos de vapor de agua de la región nuclear de la galaxia ultraluminosa ESO320-G030, a unos 160 millones de años luz de distancia, una galaxia que emite unos cien veces más energía que la Vía Láctea.

Los datos se obtuvieron con el Observatorio Espacial Herschel y la instalación submilimétrica ALMA. Esta galaxia no muestra signos de haber estado en fusión, ni muestra signos de actividad de AGN, pero tiene una estructura de barra central clara y compleja y gas en caída que se descubrió previamente mediante espectroscopía infrarroja. Los resultados se publican en Astronomy and Astrophysics.

Los astrónomos observaron y modelaron veinte características espectrales del vapor de agua, suficientes líneas de diagnóstico para modelar la complejidad de las regiones emisoras. Los resultados exitosos requirieron un modelo nuclear de tres componentes: una envoltura cálida (aproximadamente 50 kelvin) de aproximadamente 450 años luz de radio dentro de la cual hay un segundo componente, un disco nuclear de aproximadamente 130 años luz de radio y, finalmente, un núcleo compacto mucho más cálido (100 kelvin) de unos 40 años luz de radio.

Estos tres componentes por sí solos emiten casi el 70% de la luminosidad de la galaxia a partir de un estallido estelar que produce alrededor de 18 masas solares de estrellas al año (la Vía Láctea tiene un promedio de una por año). La tasa de entrada de masa a la región es aproximadamente la misma que la producción de estrellas: alrededor de 18 masas solares por año.

Además de estas conclusiones sobre la región nuclear, los astrónomos utilizan sus resultados de mejor ajuste para modelar con éxito otras 17 especies moleculares (además del agua) vistas en los espectros del infrarrojo lejano, incluidas moléculas ionizadas y moléculas portadoras de carbono y nitrógeno. Los resultados combinados, en particular la abundancia extremadamente alta de moléculas ionizadas, sugieren la fuerte presencia de rayos cósmicos ionizantes mejorados y arrojan luz sobre la química de la zona nuclear compleja.

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