El polvo y gas cósmico podría explicar cómo se forman las galaxias


Los astrónomos encuentran el polvo cósmico muy molesto cuando bloquea su visión del cielo, pero sin ese polvo, el universo carecería de estrellas. El polvo cósmico es el ingrediente indispensable para la creación de estrellas y para comprender cómo las nubes de gas primordial difusas se ensamblan para formar galaxias a gran escala.

“La formación de las galaxias es una de las mayores preguntas que quedan por responder en astrofísica”, dijo Andrey Kravtsov, profesor asociado de astronomía y astrofísica en la Universidad de Chicago.

Los astrofísicos estás cada vez  más cerca de responder a esta cuestión, gracias a una combinación de nuevas observaciones y simulaciones con superordenadores, incluyendo las realizadas por Kravtsov y Nick Gnedin, un físico del Fermi National Accelerator Laboratory.

Gnedin y Kravtsov publicaron nuevos resultados sobre la base de sus simulaciones el 01 de mayo 2010 en Astrophysical Journal,  que explican por qué las estrellas se formaron más lentamente en la historia temprana del universo de lo que lo hicieron mucho más tarde. El artículo llamó rápidamente la atención de Robert C. Kennicutt Jr., director del Instituto de Astronomía de la Universidad de Cambridge,  y co-descubridor de una de las principales conclusiones  sobre la formación de estrellas en las galaxias, conocida como la relación Kennicutt-Schmidt.

Wl 3 de junio 2010 de la revista Nature, Kennicutt señaló que la reciente serie de observaciones y simulaciones teóricas es un buen augurio para el futuro de la astrofísica. En la revista Astrophysical Journal, Kennicutt escribió, “Gnedin y Kravtsov dan un paso significativo en la unificación de estas observaciones y las simulaciones, y proporcionan un ejemplo primordial de los recientes avances del tema en su conjunto.”

La teoría de formación galáctica de Kennicutt relaciona la cantidad de gas en las galaxias en un área determinada a la velocidad a la que se convierte en estrellas en la misma zona. La relación resulta muy útil cuando se aplica a galaxias observadas al final de la historia del universo, pero las recientes observaciones de Arthur Wolfe, de la Universidad de Californa en San Diego, y Hsiao-Wen Chen, profesor asistente de astronomía y astrofísica en la Universidad de Chicago, indican que la relación no funciona con galaxias observadas durante los primeros dos mil millones años después del Big Bang.

El trabajo de Gnedin y Kravtsov explica con éxito explica el porqué. “Lo que muestra es que en las primeras etapas de su evolución, las galaxias eran mucho menos eficientes en la conversión de su gas en estrellas”, dijo Kravtsov.

La evolución estelar lleva a crecer ese polvo, ya que las estrellas producen elementos más pesados que el helio, incluyendo carbono, oxígeno y hierro, que son elementos clave en las partículas de polvo. “Al principio, las galaxias no tienen suficiente tiempo para producir una gran cantidad de polvo y sin polvo es muy difícil formar estas guarderías estelares”, dijo Kravtsov. “Las galaxias actuales no convierten el gas de manera tan eficiente  ya que son en su gran parte polvo ya.”

El proceso de formación estelar comienza cuando las nubes interestelares de gas  son cada vez más densas. En algún momento, los átomos de hidrógeno y helio empiezan a combinarse para formar moléculas en algunas regiones frías de estas nubes. Una molécula de hidrógeno se forma cuando dos átomos de hidrógeno se unen. Lo hacen ineficientemente en el espacio vacío, pero se encuentran entre sí con mayor facilidad en la superficie de una partícula de polvo cósmico.

“Las mayores partículas de polvo cósmico son del tamaño de los granos de arena más pequeños de las playas“, dijo Gnedin.

Estas moléculas de hidrógeno son frágiles y fácilmente destruidas por la luz ultravioleta intensa emitida por estrellas masivas jóvenes. Pero en algunas regiones galácticas de nubes oscuras, llamadas así porque el polvo que contienen, se forma una capa protectora que protege a las moléculas de hidrógeno de la luz destructiva de otras estrellas.

“Me gusta pensar en las estrellas como  padres muy malos, porque proporcionan un mal ambiente para la próxima generación”, bromeó Gnedin. El polvo por lo tanto proporciona un entorno protector para estas guarderías estelares, señaló Kravtsov.

“Hay una conexión simple entre la presencia de polvo en el gas difuso y su capacidad de formar estrellas, y ese es un modelo plausible por primera vez en simulaciones de formación de galaxias“, dijo Kravtsov. “Es muy plausible, pero no sabemos con certeza que eso es exactamente lo que está pasando.”

El modelo Gnedin-Kravtsov también proporciona una explicación natural de porqué las galaxias espirales predominantemente llenan el cielo actual, y porqué las galaxias pequeñas  forman estrellas lenta y poco eficazmente.

“Por lo general, vemos discos muy finos, y los tipos de sistemas son muy difíciles de formar en las simulaciones de formación de las galaxias“, dijo Kravtsov. Eso es porque los astrofísicos han supuesto que las galaxias se formaron poco a poco a través de una serie de colisiones. El problema: las simulaciones muestran que cuando las galaxias se fusionan, forman estructuras esferoidales que se ven más elípticas que espirales.

Pero en la historia temprana del universo,  las nubes de gas eran ineficientes para hacer estrellas, por lo que colapsaban antes de que la formación estelar se realizara . “Los tipos de fusiones pueden crear un disco delgado”, dijo Kravtsov.

En cuanto a las galaxias pequeñas, su falta de producción de polvo podría ser responsable de su formación estelar ineficiente. “Todas estas piezas separadas de las pruebas que existían de alguna manera recayeron en un solo lugar”, observó Gnedin. “Eso es lo que me gusta como físico, porque la física, en general, es un intento de comprender los principios que hay detrás para unificar los diferentes fenómenos.”

Queda mucho trabajo por hacer, sin embargo, con el aporte de los recién llegados becarios de posdoctorado dela Universidad de Chicago y más simulaciones que se realizan en los superordenadores el camino parece despejado.

Enlace original: Making stars, studies show how cosmic dust and gas shape galaxy evolution

 

 

 

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