Las ondas de choque de la violenta colisión entre una galaxia intergaláctica y el Quinteto de Stefan están ayudando a los astrónomos a comprender cómo afecta la turbulencia al gas en el medio intergaláctico.

Nuevas observaciones utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Telescopio Espacial James Webb (JWST) revelan que una barrera sónica varias veces el tamaño de la Vía Láctea ha puesto en marcha una planta de reciclaje de frío y calor. hidrógeno molecular Gas. Además, los científicos han detectado el colapso de una nube gigante en una neblina de gas cálido y la posibilidad de que dos nubes colisionen para formar una explosión de gas cálido a su alrededor, formando una nueva galaxia.

las notas eran Presentado hoy en rueda de prensa En la 241ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana (AAS) en Seattle, Washington.

El Quinteto de Stephan es un grupo de cinco galaxias, NGC 7317, NGC 7318a, NGC 7318b, NGC 7319 y NGC 7320, ubicadas generalmente a unos 270 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Pegaso. El grupo proporciona un laboratorio original para el estudio de las galaxias en colisión y su impacto en el entorno circundante. Las colisiones y fusiones de galaxias suelen dar como resultado una explosión de formación estelar; Este no es el caso en Stephan’s Quintet. En cambio, esta actividad violenta está ocurriendo en el medio intergaláctico, mucho más allá de las galaxias en lugares donde hay poca formación estelar que obstruya la vista.

Esa ventana limpia del universo ha permitido a los astrónomos ver qué sucede cuando una de las galaxias, NGC 7318b, se desliza hacia el cúmulo a una velocidad relativista de unos 800 km/s. A esta velocidad, el viaje de la Tierra a la Luna dura sólo ocho minutos.

“Cuando este intruso choca contra el cúmulo, choca con una antigua corriente de gas probablemente de una interacción pasada entre otras dos galaxias, y provoca que se forme una onda de choque gigante”, dijo Philip Appleton, astrónomo y astrónomo jefe. Científico del Centro de análisis y procesamiento de infrarrojos (IPAC) de Caltech e investigador principal del proyecto.

“Cuando la onda de choque pasa a través de este flujo de conglomerado, crea una capa de enfriamiento que es altamente turbulenta o inestable, y en las regiones afectadas por esta actividad violenta vemos estructuras inesperadas y reciclaje de gas de hidrógeno molecular. Esto es importante porque el hidrógeno molecular constituye la materia prima que puede formar estrellas “. En última instancia, sin embargo, comprender su destino nos dirá más sobre la evolución del quinteto de Stephan y las galaxias en general”.

Nuevas observaciones con el receptor de Banda 6 (longitud de onda de 1,3 milímetros) de ALMA, desarrollado por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., permitieron a los científicos acercarse a tres regiones clave con extremo detalle y, por primera vez, construir un imagen clara de cómo se mueve el planeta El gas hidrógeno y su formación de forma continua.

“El poder de ALMA es evidente en estas observaciones, brindando a los astrónomos nuevos conocimientos y una mejor comprensión de estos procesos previamente desconocidos”, dijo Joe Pesci, oficial del programa ALMA en la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF).

Llamada Campo 6, la región en el centro de la onda de choque principal reveló una nube gigante de moléculas frías que se fragmentaban y estiraban en una larga cola de hidrógeno molecular cálido y se reciclaban una y otra vez durante estas mismas fases. “Lo que estamos viendo es una nube gigante de partículas frías que se desintegran en un gas súper caliente. Es interesante que el gas no sobreviva al impacto, sino que pasa por fases cálidas y frías”, dijo Appleton. “Todavía no comprendemos completamente estos ciclos, pero sabemos que el gas se recicla porque la longitud de la cola es más larga que el tiempo que tardan en desintegrarse las nubes de las que están hechos”.

Esta planta de reciclaje intergaláctica no es la única actividad extraña causada por ondas de choque. En la región denominada Campo 5, los científicos observaron dos nubes de gas frío conectadas a una corriente de gas de hidrógeno molecular cálido. Por extraño que parezca, una de las nubes, una bala de gas de hidrógeno frío de alta velocidad que se estrelló contra un gran filamento de gas difuso con forma de hilo, creó un anillo en la estructura a medida que atravesaba. La energía de esta colisión alimenta la envoltura cálida de gas alrededor de la región, pero los científicos no están muy seguros de lo que eso significa porque no tienen datos de observación detallados para el gas caliente.

“La nube molecular que perfora el gas intergaláctico, dejando el caos a su paso, puede ser rara y aún no completamente comprendida”, dijo Bjorn Emmonts, astrónomo de NRAO y coinvestigador del proyecto. “Pero nuestros datos muestran que hemos dado el siguiente paso en la comprensión del comportamiento impactante y el ciclo de vida turbulento de las nubes de gas molecular en el quinteto de Stefan”.

Quizás la más “normal” es la región llamada Campo 4, donde los científicos han encontrado un ambiente más estable y menos turbulento que ha permitido que el gas de hidrógeno colapse en un disco de estrellas y lo que los científicos creen que es una pequeña galaxia enana en formación. Todas las nuevas observaciones tienen implicaciones importantes para los modelos teóricos del impacto de las perturbaciones en el universo, dijo Pierre Gaillard, investigador del Instituto Astrofísico de París y co-investigador del proyecto.

“La onda de choque en el medio intergaláctico del Quinteto de Stephan formó tanto gas molecular frío como en nuestra propia Vía Láctea, sin embargo, está formando estrellas a un ritmo mucho más lento de lo esperado. Entender por qué se esteriliza este material es un verdadero desafío para los teóricos”. Se necesita trabajo adicional para comprender el papel de los altos niveles de turbulencia y la mezcla eficiente de gas frío y caliente”.

Antes de las observaciones de ALMA, los científicos tenían poca idea de todo lo que estaba pasando en los pentáculos. medio entre galaxiasPero no fue por falta de intentos. En 2010, el equipo usó el Telescopio Espacial Spitzer para observar el Quinteto de Stephan y detectó grandes nubes de hidrógeno molecular cálido, estimado entre 100 y 400 grados Kelvin, o aproximadamente entre -280 y 260 grados Fahrenheit, mezclado con gas sobrecalentado. . “Estas nubes deberían haber sido destruidas por la onda expansiva a gran escala que atravesó al grupo, pero no fue así. Y queríamos saber, y todavía queremos saber, ¿cómo sobrevivieron?”. dijo Appleton.

Para resolver el rompecabezas, el equipo necesitaba más poder y varias capacidades tecnológicas. ALMA vio la luz por primera vez más de un año después, a fines de 2011, y JWST tomó sus primeras fotos a principios de este año. La combinación de estos poderosos recursos ha permitido imágenes infrarrojas asombrosamente hermosas del quinteto de Stefan y una comprensión tentadora, aunque incompleta, de la relación entre los gases de hidrógeno molecular frío, cálido e ionizado después de la onda de choque gigante. El equipo ahora necesita datos espectrales para descubrir los secretos del cálido gas de hidrógeno molecular.

“Estas nuevas observaciones nos dieron algunas respuestas, pero finalmente nos mostraron cuánto aún no sabemos”, dijo Appleton. “Si bien ahora tenemos una mejor comprensión de las estructuras de gas y el papel de la turbulencia en su formación y sustentabilidad, las futuras observaciones espectrales rastrearán los movimientos del gas a través del efecto Doppler, diciéndonos qué tan rápido se mueve el gas caliente, permitiéndonos medir la temperatura del gas tibio, y ver cómo el gas se enfría o se calienta por las ondas de choque”. Básicamente, tenemos un lado de la historia. Ahora es el momento de ver el otro lado”.