Demasiadas estrellas masivas en las galaxias más jóvenes del universo

Un nuevo método para medir la formación de estrellas en las primeras galaxias descubre que están produciendo estrellas más masivas de lo esperado, un resultado que podría afectar nuestra comprensión de cómo las galaxias hacen crecer sus estrellas.

Hace unos meses, Sky & Telescope informó sobre un estudio de una región cercana de formación estelar (30 Doradus) que forma un número inesperado de estrellas masivas. La región podría incluso contener estrellas con hasta 300 veces la masa del Sol, pero esa no fue la verdadera sorpresa.

Los astrónomos habían pensado que los mismos procesos básicos deberían dar forma a la formación de estrellas sin importar dónde suceda, dando como resultado el mismo número relativo de estrellas en todas partes. Si eso resultó no ser cierto y 30 Doradus parecían estar demostrando la excepción, entonces los astrónomos tendrían que repensar todo, desde cómo clasifican las galaxias hasta qué tan rápido el universo formó sus estrellas.

La Nebulosa de la Tarántula en la Gran Nube de Magallanes es una de las regiones formadoras de estrellas más grandes del Grupo Local de galaxias. Las mediciones han demostrado que podría estar formando estrellas más masivas de lo esperado.
NASA / ESA / D. Lennon / E. Sabbi (STSCI) et al.

Pero es difícil llegar a tales conclusiones sobre la base de una sola región de formación estelar, sin importar qué tan bien se haya estudiado. Ahora, un nuevo trabajo que aparece en Nature parece confirmar que la formación de estrellas no depende de procesos fundamentales sino del medio ambiente. Los astrónomos pueden tener que pensar un poco después de todo.

Cuatro estallidos estelares distantes

El enfoque en este estudio gira en cuatro galaxias cuya luz tardó más de 10 mil millones de años en viajar a la Tierra. Estas galaxias están repletas de estrellas, pero también tienen polvo, lo que las hace inmunes a los métodos que requieren luz ultravioleta, visible o infrarroja. En cambio, Zhi-Yu Zhang (Universidad de Edimburgo, Reino Unido, y el Observatorio Europeo del Sur, Alemania) y sus colegas entrenaron a la matriz de milímetros / submilímetros de Atacama (ALMA) en estas galaxias, buscando emisiones relacionadas con el monóxido de carbono, una señal vinculada a una galaxia. historia de la formación de estrellas.

El increíble poder de resolución de ALMA recibió una mano amiga en forma de lentes gravitacionales: las galaxias en primer plano se alinearon así. Su gravedad actuó como una lente cósmica para magnificar la luz de estos estallidos estelares distantes.

Emisión de imágenes de ALMA de 13 moléculas de CO (arriba) y C 18 O (abajo) en cuatro galaxias de estallido estelar distantes. La relación de estos dos isotopólogos permitió a los astrónomos determinar que estas galaxias de estallido estelar tienen un exceso de estrellas masivas.
ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / Zhang y col.

Los científicos midieron dos isótopos de monóxido de carbono: 13 CO y C 18 O. 13 C (que contiene un neutrón más que los átomos de carbono ordinarios) es liberado por estrellas de todas las masas, mientras que 18 O (que contiene dos neutrones adicionales en comparación con el ordinario átomos de oxígeno) es liberado solo por estrellas más masivas. Dado que las estrellas más masivas viven vidas breves, medir la abundancia de 13 CO y C 18 O sirve como un registro fósil de cuántas estrellas masivas se formaron en relación con las estrellas de baja masa.

La firma es inmune a lo que los autores del estudio describen como efectos "perniciosos" del polvo. Pero los autores también reconocen que la medición es una forma indirecta de abordar el problema.

Esto se debe a que están observando moléculas de monóxido de carbono que flotan en el gas entre las estrellas, en lugar de medir la radiación de las propias estrellas. Entonces están investigando la historia completa de la formación de estrellas de la galaxia. Por supuesto, las galaxias en el universo primitivo tienen una historia más corta y, por lo tanto, una menor cantidad de tiempo para que los efectos de confusión compliquen las mediciones, pero como señala Kevin Covey (Western Washington University), todavía es posible.

La impresión de este artista muestra una galaxia polvorienta en el universo distante. Nuevas observaciones de ALMA han permitido a los científicos levantar el velo del polvo y ver lo que antes era inaccesible: que las galaxias de estallido estelar tienen un exceso de estrellas masivas en comparación con las galaxias más pacíficas.
ESO / M. Kornmesser

Redefiniendo el mediodía cósmico

Si las mediciones se mantienen, entonces lo que llamamos galaxias de "destello estelar" en el universo primitivo en realidad no están formando tantas estrellas como pensábamos. La mayoría de las estrellas tienen menos que la masa del Sol, pero estas galaxias jóvenes parecen estar vertiendo más de su energía para hacer estrellas más masivas. Eso significa que otros métodos para estimar las tasas de formación de estrellas podrían estar equivocados. De hecho, toda nuestra comprensión de la formación de estrellas cósmicas, que los astrónomos creen que alcanzó su punto máximo cuando el universo tenía aproximadamente 4 mil millones de años, podría estar equivocada.

Dejando de lado las profundas implicaciones, el equipo de Zhang tiene mucho camino por recorrer cuando se trata de convencer a todos sus colegas. Pero solo están comenzando: Zhang dice que ya están preparando encuestas más sistemáticas que incluirán galaxias cercanas y múltiples trazadores de formación estelar.