Observades un parell de polsoses galàxies formadores d'estrelles a 13.000 milions d'anys llum de distància

Usant ALMA, (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array - Gran Conjunt Milimétric/submilimétric d'Atacama), un equip internacional d'astrònoms ha observat, sense lents, un sistema de galàxies polsegós i que forma estrelles a l'Univers primitiu. Anomenat MAMBO-9 (també conegut com a MM J100026.36 + 021527.9), el sistema està compost per un parell de galàxies separades per aproximadament 20.000 anys-llum. La llum de MAMBO-9 ha hagut de viatjar uns 13.000 milions d'anys per arribar a la Terra.

Clic per engrandir. Imatge artística de com seria la polsegosa galàxia que forma
estrelles MAMBO-9 a la llum visible. Fotografia: NRAO / AUI / NSF / B. Saxton.

Les polsoses galàxies que formen estrelles són els bressols estel·lars més intensos de l'Univers. Contenen grans quantitats de gas i pols i formen estrelles a un ritme d'uns pocs milers de masses solars a l'any.

No s'espera que aquestes galàxies monstruoses s'hagin format a el principi de la història de l'Univers, però els astrònoms ja han descobert diverses d'elles com es veien quan el cosmos tenia menys de mil milions d'anys.

A causa del seu comportament extrem, els astrònoms pensen que aquestes galàxies plenes de pols són molt importants en l'evolució de l'Univers.

"Aquestes galàxies tendeixen a amagar-se a la vista. Sabem que hi són afora, però no són fàcils de trobar perquè la seva llum estel·lar està oculta en núvols de pols", va dir la Dra. Caitlin Casey, astrònoma de la Universitat de Texas a Austin.

La MAMBO-9 va ser detectada per primera vegada fa 10 anys per l'instrument Max-Planck Millimeter BOlometer (MAMBO) al telescopi IRAM de 30 m a Espanya i en el interferòmetre Plateau de Bure a França. Però aquestes observacions no van ser prou sensibles com per revelar-ne la distància.

"Teníem dubtes de si era real, perquè no podíem trobar-la amb altres telescopis. Però si era real, havia d'estar molt lluny", va dir el Dr. Manuel Aravena, investigador de la Universitat Diego Portales de Xile.

Clic per engrandir. Imatge de radio d'ALMA de MAMBO-9. Fotografia: ALMA / ESO / NAOJ
NRAO / Casey et al / AUI / NSF / B. Saxton.

Gràcies a la sensibilitat d'ALMA, l'equip ha pogut ara determinar la distància de MAMBO-9.

"Trobem la galàxia en un nou estudi d'ALMA dissenyat específicament per identificar galàxies polsoses formadores d'estrelles a l'Univers primitiu. I el que és especial sobre aquesta observació, és que aquesta és la galàxia polsegosa més distant que mai hem vist d'una manera sense obstacles", va dir el Dr. Casey.

Els científics van veure el MAMBO-9 directament, sense una lent gravitacional, i això els va permetre mesurar la seva massa.

"La massa total de gas i pols en la galàxia és enorme: 10 vegades més que totes les estrelles de la Via Làctia. Això vol dir que encara ha de construir la majoria de les seves estrelles", va dir el Dr. Casey.

Els astrònoms esperen trobar galàxies plenes de pols més distants amb les exploracions d'ALMA, el que els donarà una idea del comuns que són, com es van formar aquestes galàxies massives tan d'hora a l'Univers, i per què són tan polsoses.

El descobriment de MAMBO-9 es descriu en un article a l'Astrophysical Journal.

Ho he vist aquí

ALMA captura una imatge que mostra dos discs a on creixen joves estrelles

Un Pretzel Còsmic.

Els astrònoms que usen ALMA han obtingut una imatge de molt alta resolució que mostra dos discs en els quals creixen joves estrelles, alimentades per una complexa xarxa en forma de pretzel de filaments de gas i pols. L'observació d'aquest notable fenomen llança nova llum sobre les primeres fases de la vida de les estrelles i ajuda als astrònoms a determinar les condicions en què neixen les estrelles binàries.

Les dues joves estrelles van ser trobades al sistema [BHB2007] 11, el membre més jove d'un petit cúmul estel·lar en la nebulosa fosca Barnard 59, que és part dels núvols de pols interestel·lar anomenada la nebulosa de la Pipa. Observacions prèvies d'aquest sistema binari ens van mostrar l'estructura externa. Ara, gràcies a l'alta resolució de l'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) i un equip internacional d'astrònoms liderat per científics de l'Institut Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) a Alemanya, podem veure l'estructura interna d'aquest objecte.

"Veiem dues fonts compactes que interpretem com discos circumestelars al voltant de les dues joves estrelles", explica Felipe Alves, del MPE, que va dirigir l'estudi. Un disc circumestelar és l'anell de pols i gas que envolta a un estel jove. L'estrella augmenta la matèria de l'anell per a fer-la més gran. "La mida de cada un d'aquests discos és similar al cinturó d'asteroides del nostre Sistema Solar i la separació entre ells és 28 vegades més gran que la distància entre el Sol i la Terra", assenyala Alves.

Els dos discos circumestelars estan envoltats per un disc més gran amb una massa total d'unes 80 masses de Júpiter, que mostra una complexa xarxa d'estructures de pols distribuïdes en forma d'espiral: els bucles del pretzel. "Aquest és un resultat realment important", subratlla Paola Caselli, directora general del MPE, directora del Centre d'Estudis astroquímics i coautora de l'estudi. "Finalment hem imaginat la complexa estructura de les estrelles binàries joves amb els seus filaments d'alimentació connectant al disc en el qual van néixer. Això proporciona importants restriccions per als models actuals de formació estel·lar".

Clic per engrandir. L'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) va capturar
aquesta imatge sense precedents de dos discos circumestelars, en els quals les
joveníssimes estrelles estan creixent, alimentant-se amb material del seu disc de naixement circumdant.
La complexa xarxa d'estructures de pols distribuïdes en forma d'espiral recorda als llaços
d'un pretzel. Aquestes observacions llancen nova llum sobre les primeres fases de la vida de
les estrelles i ajuden als astrònoms a determinar les condicions en què neixen les estrelles binàries.
Crèdit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Alves et al.

Les joves estrelles acumulen massa del disc més gran en dues etapes. La primera etapa és quan la massa es fa arribar als discos circumestelars individuals en bells bucles giratoris, que és el que la nova imatge d'ALMA ens ha mostrat. L'anàlisi de les dades també va revelar que el disc circumestelar menys massiu però més brillant -el que es troba a la part inferior de la imatge- té més material. En la segona etapa, les estrelles acumulen massa dels seus discos circumestelars. "Esperem que aquest procés d'acumulació de dos nivells impulsi la dinàmica del sistema binari durant la seva fase d'acumulació massiva", afegeix Alves. "Encara que el bon acord d'aquestes observacions amb la teoria ja és molt prometedor, necessitarem estudiar més sistemes binaris joves en detall per entendre millor com es formen les estrelles múltiples."

 Aquesta foto ens mostra a Barnard 59, una part d'un vast núvol fosc de pols interestel·lar
anomenada la Nebulosa de la Pipa. Aquesta nova i molt detallada imatge del que es coneix
com nebulosa fosca va ser capturada pel Wide Field Imager en el telescopi MPG/ESO
de 2,2 metres a l'Observatori La Silla d'ESO. Aquesta imatge és tan gran que es recomana
usar la versió amb zoom per apreciar-la completament.

Informació addicional

Aquesta investigació va ser presentada en un article publicat el 3 d'octubre de 2019 a la revista Science. (no disponible on line en el moment de pujar l'entrada al blog).

L'equip està compost per FO Alves (Centre d'Estudis astroquímics, Institut Max Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemanya), P. Caselli (Centre d'Estudis astroquímics, Institut Max Planck de Física Extraterrestre, Alemanya), JM Girart (Institut de Ciències de l'Espai, Consell Superior d'Investigacions Científiques, Espanya i Institut d'Estudis Espacials de Catalunya, Espanya), D. Segura-Cox (Centre d'Estudis astroquímics, Institut Max Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemanya), GAP Franco ( Departament de Física, Institut de Ciências Exatas, Universidade Federal de Mines Gerais, Brasil), A. Schmiedeke (Center for Astrochemical Studies, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Alemanya) i B. Zhao (Center for Astrochemical Studies, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Alemanya). 

L'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), una instal·lació astronòmica internacional, és una associació d'ESO, la Fundació Nacional de Ciències dels Estats Units (NSF) i els Instituts Nacionals de Ciències Naturals (NINS) del Japó en cooperació amb la República de Xile. ALMA està finançat per ESO en nom dels seus Estats Membres, per NSF en cooperació amb el Consell Nacional d'Investigació de Canadà (NRC) i el Consell Nacional de Ciències de Taiwan (NSC) i per NINS en cooperació amb l'Acadèmia Sínica (AS) de Taiwan i l'Institut Coreà d'Astronomia i Ciències Espacials (KASI). 

La construcció i les operacions de l'ALMA estan dirigides per l'ESO en nom dels seus Estats membres; per l'Observatori Nacional de Radioastronomia (NRAO), gestionat per Associated Universities, Inc (AUI), en nom d'Amèrica del Nord; i per l'Observatori Astronòmic Nacional del Japó (NAOJ), en nom de l'Àsia Oriental. El Joint ALMA Observatory (JAO) proporciona el lideratge i la gestió unificats de la construcció, posada en marxa i operació d'ALMA. 

Aquesta taula mostra la ubicació de Barnard 59 en la constel·lació del Serpentari.
Aquest mapa mostra la majoria de les estrelles visibles a simple vista en bones
condicions, i el mateix Barnard 59 està ressaltat amb un cercle vermell a la imatge.
Aquesta nebulosa fosca és part de la nebulosa de la Pipa, que apareix com un
traç fosc a la Via Làctia i es pot veure bé a simple vista en bones condicions.
Clic per engrandir. Crèdit: ESO, IAU i Sky & Telescope

Aquesta recreació artística mostra dos discs circumestelars orbitant-se entre si i acumulant
gas i pols per al seu núvol circumdant. Crèdit: ESO/L. Calçada

L'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) va capturar una imatge sense
precedents de dos discos circumestelars, en els quals les joveníssimes estrelles estan creixent,
alimentant-se amb material del seu disc de naixement circumdant. Aquestes observacions
llancen nova llum sobre les primeres fases de la vida de les estrelles i ajuden als astrònoms
a determinar les condicions en què neixen les estrelles binàries. Crèdit: ESO

Ho he vist aquí.

Milions de mons virtuals per entendre l'evolució de les galàxies

Els investigadors han creat milions d’universos virtuals. Amb l’objectiu de comparar aquestes simulacions d’ordinador amb l’Univers en què vivim actualment. Traient conclusions sorprenents sobre la formació d’estrelles i l’evolució de les galàxies.

Dos mil computadors per processar les dades dels astrònoms simultàniament durant tres setmanes. Vuit milions d’universos virtuals creats. I comparacions amb els darrers vint anys d’observacions astronòmiques. Tot això per arribar a conclusions que qüestionen el paper de la matèria fosca en la formació de galàxies, l’evolució d’aquestes i com sorgeixen les estrelles.

Per estudiar l’evolució de les galàxies al llarg del temps, els astrònoms fan servir la simulació informàtica. Tradicionalment, posen a prova les seves teories una per una. Però els investigadors de la Universitat d’Arizona (USA) han escollit una estratègia diferent. Utilitzant un supercomputador, van generar milions d’universos diferents. Objectiu: posar a prova diferents teories físiques sobre la evolució de les galàxies.

Les estrelles més blaves tenen una vida més curta. És per això que
les galàxies que han deixat de formar estrelles apareixen més
vermelles. © spirit111, Fotolia. Clic per engrandir.

Segons els investigadors, aquesta és la primera vegada que les simulacions per ordinador han aconseguit produir universos semblants al nostre. Cadascuna contenia uns 12 milions de galàxies i cobreix un període de 400 milions d’anys des del Big Bang fins als nostres dies. I tot amb regles físiques subjacents similars a les que coneixem. Una prova del poder d’aquest enfocament. 

Galàxies més prolífiques del que s’esperava

"Fa temps que pensàvem que moltes galàxies van deixar de formar estrelles", va dir Peter Behroozi, astrònom de la Universitat d'Arizona. Però els universos virtuals creats pel seu equip, i que es corresponen amb l’univers observat avui, demostren que les galàxies continuen produint estrelles molt més temps del que pensaven els astrònoms. Les simulacions basades en models actuals, d’altra banda, donen moltes més galàxies vermelles, perquè una galàxia que ha deixat de formar-se estrelles durant molt de temps conté menys estrelles blaves, (que les que els investigadors poden observar al cel).

Recreació artística de la fusió de les galàxies B14-65666 localitzades
a 13.000 milions d'anys llum de distància. Clic per engrandir. Crèdit: NAOJ.

"Està clar que en el passat, les galàxies han format estrelles amb més eficàcia del que creiem", conclou l'astrònom. I com a resultat, l’energia alliberada pels forats negres supermassius i les estrelles que esclaten han de ser, d’altra banda, menys efectives per bloquejar el procés de formació d’estrelles del que preveuen les nostres teories".

Per tal de posar llum sobre la formació de galàxies, els astrònoms tenen previst ampliar les seves simulacions. Volen incloure la morfologia de les galàxies i algunes dades sobre l'evolució d'aquesta morfologia al llarg del temps. 

Més informació sobre les galàxies en aquest blog, fent un clic aquí.

Ho he vist aquí.