Explicación a los extraños círculos de radio vistos en el Universo

Misteriosos círculos magnéticos masivos que contienen galaxias entresas en sus centros descubiertos en 2019 son posiblemente resultado de estrellas masivas explosivas conocidas como supernovas.

Hace cuatro años, el recién terminado telescopio ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder) detectó estos enormes círculos de ondas de radio, algo que nadie había visto antes.

Mientras la comunidad de astrofísica intentaba determinar qué eran estos círculos, también querían saber por qué se producían. Ahora, un equipo dirigido por la profesora de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de California en San Diego, Alison Coil, cree que pueden haber encontrado en las supernovas la respuesta. Su trabajo está publicado en Nature.

Coil y sus colaboradores han estado estudiando galaxias masivas con "estallidos estelares" que pueden impulsar estos vientos ultrarrápidos. Las galaxias con estallido estelar tienen una tasa excepcionalmente alta de formación de estrellas. Cuando las estrellas mueren y explotan, expulsan gas de la estrella y sus alrededores al espacio interestelar. Si suficientes estrellas explotan cerca unas de otras al mismo tiempo, la fuerza de estas explosiones puede expulsar el gas de la propia galaxia en forma de vientos que pueden viajar a una velocidad de hasta 2.000 kilómetros por segundo.

"Estas galaxias son realmente interesantes", afirmó Coil, que también es presidenta del Departamento de Astronomía y Astrofísica, en un comunicado. "Ocurren cuando dos grandes galaxias chocan. La fusión empuja todo el gas a una región muy pequeña, lo que provoca un intenso estallido de formación estelar. Las estrellas masivas se queman rápidamente y, cuando mueren, expulsan su gas en forma de vientos."

Los avances tecnológicos permitieron a ASKAP escanear grandes porciones del cielo en límites muy débiles, lo que hizo que los extraños círculos de radio (ORC) fueran detectables por primera vez en 2019. Los ORC eran enormes: cientos de kiloparsecs de ancho, donde un kiloparsec equivale a 3.260 años luz. (Como referencia, la Vía Láctea tiene unos 30 kiloparsecs de diámetro).

Se propusieron múltiples teorías para explicar el origen de los ORC, incluidas nebulosas planetarias y fusiones de agujeros negros, pero los datos de radio por sí solos no pudieron discriminar entre las teorías.

Coil y sus colaboradores estaban intrigados y pensaron que era posible que los anillos de radio fueran un desarrollo de las últimas etapas de las galaxias con formación estelar que habían estado estudiando. Comenzaron a investigar ORC 4, el primer ORC descubierto que es observable desde el hemisferio norte.

Hasta entonces, los ORC sólo se habían observado a través de sus emisiones de radio, sin ningún dato óptico. El equipo de Coil utilizó un espectrógrafo de campo integral en el W.M. Keck en Maunakea, Hawaii, para observar ORC 4, que reveló una enorme cantidad de gas comprimido, calentado y altamente luminoso, mucho más de lo que se ve en una galaxia promedio.

Con más preguntas que respuestas, el equipo se puso a trabajar como detective. Utilizando datos de imágenes ópticas e infrarrojas, determinaron que las estrellas dentro de la galaxia ORC 4 tenían alrededor de 6 mil millones de años. "Hubo un estallido de formación estelar en esta galaxia, pero terminó hace aproximadamente mil millones de años", afirmó Coil.

Cassandra Lochhaas, becaria postdoctoral en el Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian, especializada en el lado teórico de los vientos galácticos y coautora del artículo, realizó un conjunto de simulaciones numéricas por computadora para replicar el tamaño y las propiedades del anillo de radio a gran escala, incluida la gran cantidad de gas frío y impactado en la galaxia central.

Sus simulaciones mostraron vientos galácticos que soplaron durante 200 millones de años antes de que se apagaran. Cuando el viento se detuvo, un choque que avanzaba continuó impulsando gas a alta temperatura fuera de la galaxia y creó un anillo de radio, mientras que un choque inverso envió gas más frío cayendo de regreso a la galaxia. La simulación se desarrolló a lo largo de 750 millones de años, dentro del estadio de la edad estelar estimada de mil millones de años de ORC 4.

"Para que esto funcione se necesita una tasa de salida de alta masa, lo que significa que se expulsa una gran cantidad de material muy rápidamente. Y el gas circundante justo fuera de la galaxia tiene que ser de baja densidad, de lo contrario, el choque se detiene. Estos son los dos factores clave", afirmó Coil.

"Resulta que las galaxias que hemos estado estudiando tienen estas tasas de salida de alta masa. Son raras, pero existen. Realmente creo que esto apunta a que los ORC se originan a partir de algún tipo de vientos galácticos que salen".

Los vientos salientes no solo pueden ayudar a los astrónomos a comprender los ORC, sino que los ORC también pueden ayudar a los astrónomos a comprender los vientos salientes. "Los ORC nos proporcionan una manera de 'ver' los vientos a través de datos de radio y espectroscopia", dijo Coil.

"Esto puede ayudarnos a determinar cómo de comunes son estos vientos galácticos extremos y cuál es el ciclo de vida del viento. También pueden ayudarnos a aprender más sobre la evolución galáctica: ¿todas las galaxias masivas pasan por una fase ORC? ¿Las galaxias espirales se vuelven elípticas cuando ¿Ya no se forman estrellas? Creo que hay mucho que podemos aprender sobre los ORC y aprender de los ORC".