galaxia estallido estelar

Galaxia experimenta un ritmo excepcionalmente alto de formación estelar

Las galaxias Antenas son un ejemplo de galaxia con estallido estelar que se produce a partir de la colisión de NGC 4038/NGC 4039. Crédito: NASA / ESA .

Una galaxia con estallido estelar es aquella que experimenta una tasa de formación de estrellas excepcionalmente alta , en comparación con la tasa promedio de formación de estrellas a largo plazo en la galaxia , o la tasa de formación de estrellas observada en la mayoría de las otras galaxias.

Por ejemplo, la tasa de formación de estrellas en la Vía Láctea es de aproximadamente 3 M ☉ /año, mientras que las galaxias con estallido estelar pueden experimentar tasas de formación de estrellas de 100 M _☉ /año o más. ^[1] En una galaxia con estallido estelar, la tasa de formación de estrellas es tan grande que la galaxia consume toda su reserva de gas, a partir de la cual se forman las estrellas, en una escala de tiempo mucho más corta que la edad de la galaxia. Como tal, la naturaleza del estallido estelar de una galaxia es una fase que normalmente ocupa un breve período de la evolución de una galaxia . La mayoría de las galaxias con estallido estelar se encuentran en medio de una fusión o encuentro cercano con otra galaxia. Las galaxias con estallido estelar incluyen M82 , NGC 4038/NGC 4039 (las galaxias Antenas) e IC 10 .

Definición

Luz y polvo en una galaxia cercana con estallido estelar ^[2]

Las galaxias con estallido estelar se definen por estos tres factores interrelacionados:

1. La velocidad a la que la galaxia está convirtiendo actualmente gas en estrellas (la tasa de formación de estrellas, o SFR).
2. La cantidad disponible de gas a partir del cual se pueden formar estrellas.
3. Una comparación de la escala de tiempo en la que la formación estelar consume el gas disponible con la edad o el período de rotación de la galaxia.

Las definiciones comúnmente utilizadas incluyen:

• Formación estelar continua donde el SFR actual agotaría el depósito de gas disponible en mucho menos tiempo que la edad del Universo (el Tiempo de Hubble).
• Formación estelar continua donde el SFR actual agotaría el depósito de gas disponible en mucho menos tiempo que la escala de tiempo dinámica de la galaxia (quizás un período de rotación en una galaxia de tipo disco).
• El SFR actual, normalizado por el SFR promediado en el pasado, es mucho mayor que la unidad. Esta relación se denomina "parámetro de tasa de natalidad".

Mecanismos desencadenantes

Las fusiones y las interacciones de marea entre galaxias ricas en gas desempeñan un papel importante en el impulso de los estallidos estelares. Las galaxias en medio de un estallido estelar frecuentemente muestran colas de marea , una indicación de un encuentro cercano con otra galaxia, o están en medio de una fusión. La turbulencia, junto con las variaciones de tiempo y espacio, hacen que el gas denso dentro de una galaxia se comprima y aumente rápidamente la formación de estrellas. La eficiencia con la que se forma la galaxia también aumenta su SFR. Estos cambios en la tasa de formación estelar también provocaron variaciones en el tiempo de agotamiento y alimentaron un estallido estelar con sus propios mecanismos galácticos en lugar de fusionarse con otra galaxia. ^[3] Las interacciones entre galaxias que no se fusionan pueden desencadenar modos de rotación inestables, como la inestabilidad de la barra, que hace que el gas se canalice hacia el núcleo y desencadene explosiones de formación de estrellas cerca del núcleo galáctico. Se ha demostrado que existe una fuerte correlación entre el desequilibrio de una galaxia y la juventud de su población estelar, siendo las galaxias más desequilibradas las que tienen poblaciones estelares centrales más jóvenes. ^[4] Como el desequilibrio puede ser causado por interacciones de mareas y fusiones entre galaxias, este resultado proporciona evidencia adicional de que las fusiones y las interacciones de mareas pueden inducir la formación de estrellas centrales en una galaxia e impulsar un estallido estelar.

Tipos

Impresión artística de una galaxia experimentando un estallido estelar. ^[5]

Clasificar los tipos de galaxias con estallido estelar es difícil ya que las galaxias con estallido estelar no representan un tipo específico en sí mismas. Los estallidos estelares pueden ocurrir en galaxias de disco , y las galaxias irregulares a menudo exhiben nudos de estallidos estelares repartidos por toda la galaxia irregular. Sin embargo, los astrónomos suelen clasificar las galaxias con formación estelar en función de sus características de observación más distintivas. Algunas de las categorizaciones incluyen:

• Galaxias compactas azules (BCG). Estas galaxias suelen ser objetos de baja masa, baja metalicidad y libres de polvo. Debido a que no tienen polvo y contienen una gran cantidad de estrellas jóvenes y calientes, a menudo son azules en colores ópticos y ultravioleta. Inicialmente se pensó que las BCG eran auténticas galaxias jóvenes en proceso de formación de su primera generación de estrellas, lo que explicaba su bajo contenido en metales. Sin embargo, se han encontrado poblaciones estelares antiguas en la mayoría de los BCG y se cree que una mezcla eficiente puede explicar la aparente falta de polvo y metales. La mayoría de los BCG muestran signos de fusiones recientes y/o interacciones estrechas. Los BCG bien estudiados incluyen IZw18 (la galaxia más pobre en metales conocida), ESO338-IG04 y Haro11.
  • Las galaxias enanas compactas azules (galaxias BCD) son galaxias compactas pequeñas.
  • Las galaxias Green Pea (GP) son pequeñas galaxias compactas que se asemejan a estallidos estelares primordiales. Fueron encontrados por científicos ciudadanos que participan en el proyecto Galaxy Zoo .
• Galaxias infrarrojas luminosas (LIRG).
  • Galaxias infrarrojas ultraluminosas (ULIRG). Estas galaxias son generalmente objetos extremadamente polvorientos. La radiación ultravioleta producida por la formación estelar oscurecida es absorbida por el polvo y radiada nuevamente en el espectro infrarrojo en longitudes de onda de aproximadamente 100 micrómetros. Esto explica los colores rojos extremos asociados con los ULIRG. No se sabe con certeza si la radiación ultravioleta se produce únicamente por la formación de estrellas, y algunos astrónomos creen que los ULIRG funcionan (al menos en parte) con núcleos galácticos activos (AGN). Las observaciones de rayos X de muchas ULIRG que penetran en el polvo sugieren que muchas galaxias con brotes estelares son sistemas de doble núcleo, lo que respalda la hipótesis de que las ULIRG son impulsadas por la formación estelar provocada por fusiones importantes. Los ULIRG bien estudiados incluyen Arp 220 .
  • Galaxias infrarrojas hiperluminosas (HLIRG), a veces llamadas galaxias submilimétricas.

SBS 1415+437 es una galaxia WR ubicada a unos 45 millones de años luz de la Tierra. ^[6]

• Galaxias Wolf-Rayet (galaxias WR), galaxias donde una gran parte de las estrellas brillantes son estrellas Wolf-Rayet . La fase Wolf-Rayet es una fase de vida relativamente corta en la vida de las estrellas masivas, normalmente el 10% de la vida total de estas estrellas ^[7] y, como tal, es probable que cualquier galaxia contenga pocas de ellas. Sin embargo, debido a que las estrellas son luminosas y tienen características espectrales distintivas, es posible identificarlas en los espectros de galaxias enteras y hacerlo permite imponer buenas restricciones a las propiedades de los estallidos estelares en estas galaxias.

Ingredientes

Messier 82 es el prototipo de galaxia cercana con estallido estelar, a unos 12 millones de años luz de distancia, en la constelación de la Osa Mayor .

En primer lugar, una galaxia con estallido estelar debe tener una gran cantidad de gas disponible para formar estrellas. El estallido en sí puede ser desencadenado por un encuentro cercano con otra galaxia (como M81/M82), una colisión con otra galaxia (como las Antenas) o por otro proceso que fuerce el material hacia el centro de la galaxia (como un barra estelar).

El interior del estallido estelar es un entorno bastante extremo. Las grandes cantidades de gas provocan la formación de estrellas masivas. Las estrellas jóvenes y calientes ionizan el gas (principalmente hidrógeno ) que las rodea, creando regiones H II . Los grupos de estrellas calientes se conocen como asociaciones OB . Estas estrellas arden de manera brillante y rápida, y es muy probable que exploten al final de sus vidas como supernovas .

Después de la explosión de la supernova, el material expulsado se expande y se convierte en un remanente de supernova . Estos remanentes interactúan con el entorno circundante dentro del estallido estelar (el medio interestelar ) y pueden ser el sitio de máseres naturales .

El estudio de galaxias con formación estelar cercanas puede ayudarnos a determinar la historia de la formación y evolución de las galaxias. Se sabe que un gran número de las galaxias más distantes vistas, por ejemplo, en el Campo Profundo del Hubble , son estallidos estelares, pero están demasiado lejos para estudiarlas con detalle. Observar ejemplos cercanos y explorar sus características puede darnos una idea de lo que estaba sucediendo en el universo temprano cuando la luz que vemos desde estas galaxias distantes las abandonó cuando el universo era mucho más joven (ver corrimiento al rojo ). Sin embargo, las galaxias con estallidos estelares parecen ser bastante raras en nuestro universo local y son más comunes más lejos, lo que indica que había más hace miles de millones de años. Todas las galaxias estaban más juntas en ese entonces y, por lo tanto, era más probable que estuvieran influenciadas por la gravedad de las demás. Encuentros más frecuentes produjeron más estallidos estelares a medida que las formas galácticas evolucionaron con el universo en expansión.

Ejemplos

Impresión artística del gas que alimenta galaxias distantes con formación de estrellas. ^[8]

M82 es la galaxia arquetípica con estallido estelar. Su alto nivel de formación estelar se debe a un encuentro cercano con la cercana espiral M81. Los mapas de las regiones elaborados con radiotelescopios muestran grandes corrientes de hidrógeno neutro que conectan las dos galaxias, también como resultado del encuentro. ^[9] Las imágenes de radio de las regiones centrales de M82 también muestran una gran cantidad de restos de supernovas jóvenes, que quedaron atrás cuando las estrellas más masivas creadas en el estallido estelar llegaron al final de sus vidas. Las Antenas son otro sistema de explosión estelar, detallado en una imagen del Hubble, publicada en 1997. ^[10]

Lista de galaxias con formación de estrellas

Galería

• 
  En NGC 3125 se está formando un número inusualmente alto de nuevas estrellas. ^[15]
• 
  Galaxia Starburst MCG+07-33-027. ^[dieciséis]
• 
  J125013.50+073441.5 tomada por el Hubble como parte de un estudio llamado LARS (Lyman Alpha Reference Sample) ^[17]
• 
  Actividad de estallidos estelares en la región central de la cercana galaxia enana NGC 1569 (Arp 210). Tomada por el Telescopio Espacial Hubble .
• 
  Visto desde nuestra posición a 12.200 millones de años luz de distancia, se ve que la galaxia Baby Boom está creando 4.000 estrellas por año. Crédito: NASA .
• 
  La galaxia NGC 4449 es actualmente un estallido estelar global , con actividad de formación estelar extendida por toda la galaxia.
• 
  Formación estelar explosiva en la galaxia HXMM01, actualmente en fusión , a 11 mil millones de años luz de distancia. Capturado por la NASA .
• 
  Una imagen de la galaxia Centauro A obtenida combinando imágenes del telescopio MPG/ESO y el Observatorio de rayos X Chandra . Es el único caso conocido de una galaxia " Elliptical Starburst".

Ver también

• Galaxia activa  : región compacta en el centro de una galaxia con una luminosidad anormalmente alta

Notas

1. Schneider, P. (Pedro) (2010). Astronomía y cosmología extragaláctica: una introducción . Berlín: Springer. ISBN 978-3642069710. OCLC  693782570.
2. "Luz y polvo en una galaxia con estallido estelar cercana". ESA/Hubble . Consultado el 4 de abril de 2013 .
3. Renaud, F.; Bournaud, F.; Agertz, O.; Kraljic, K.; Schinnerer, E.; Bolatto, A.; Papá, E.; Hughes, A. (mayo de 2019). "Una diversidad de mecanismos desencadenantes de estallidos estelares en galaxias en interacción y sus firmas en la emisión de CO". Astronomía y Astrofísica . 625 : A65. arXiv : 1902.02353 . Código Bib : 2019A&A...625A..65R. doi :10.1051/0004-6361/201935222. ISSN  0004-6361.
4. Reichard, TA; Heckman, TM (enero de 2009). "El desequilibrio de las galaxias actuales: conexiones con la formación de estrellas, la evolución química de las galaxias y el crecimiento de los agujeros negros". La revista astrofísica . 691 (2): 1005-1020. arXiv : 0809.3310 . Código Bib : 2009ApJ...691.1005R. doi :10.1088/0004-637X/691/2/1005. S2CID  16680136.
5. "Galaxias enteras sienten el calor de las estrellas recién nacidas". Comunicado de prensa de la ESA/Hubble . Consultado el 30 de abril de 2013 .
6. «Intenso y efímero» . Consultado el 29 de junio de 2015 .
7. Crowther, Paul A. (1 de septiembre de 2007). "Propiedades físicas de las estrellas Wolf-Rayet". Revista Anual de Astronomía y Astrofísica . 45 (1): 177–219. arXiv : astro-ph/0610356 . Código Bib : 2007ARA&A..45..177C. doi : 10.1146/annurev.astro.45.051806.110615. S2CID  1076292 - vía ADS de la NASA.
8. "ALMA encuentra enormes depósitos ocultos de gas turbulento en galaxias distantes: la primera detección de moléculas CH + en galaxias con estallido estelar distantes proporciona información sobre la historia de formación estelar del Universo". www.eso.org . Consultado el 31 de agosto de 2017 .
9. Recorte de libro harvard.edu
10. "Comunicados de prensa".
11. Sakamoto, Kazushi; Hola, Paul TP; Iono, Daisuke; Keto, Eric R.; Mao, Rui-Qing; Matsushita, Satoki; Peck, Alison B.; Wiedner, Martina C.; Wilner, David J.; Zhao, Jun-Hui (10 de enero de 2006). "Superburbujas moleculares en la galaxia Starburst NGC 253". La revista astrofísica . 636 (2): 685–697. arXiv : astro-ph/0509430 . Código Bib : 2006ApJ...636..685S. doi :10.1086/498075. S2CID  14273657.
12. Lucero, DM; Cariñena, C.; Elson, CE; Randriamampandry, TH; Jarrett, TH; Oosterloo, TA; Heald, GH (1 de diciembre de 2015). "Observaciones HI de la galaxia con estallido estelar más cercana NGC 253 con el precursor de SKA KAT-7". MNRAS . 450 (4): 3935–3951. arXiv : 1504.04082 . doi :10.1093/mnras/stv856.
13. "Hubble revela fuegos artificiales estelares en la galaxia 'Skyrocket'". 28 de junio de 2016.
14. "¡Mira lo que miró el telescopio espacial @NASAHubble en mi cumpleaños! # Hubble30".
15. "Una galaxia a punto de estallar". www.spacetelescope.org . ESA/Hubble . Consultado el 18 de julio de 2016 .
16. "Un lugar de nacimiento solitario" . Consultado el 15 de julio de 2016 .
17. "Un remolino de formación estelar". Imagen de la semana de la ESA/Hubble . Consultado el 22 de mayo de 2013 .

Referencias

• "Chandra :: Guía de campo de fuentes de rayos X :: Galaxias Starburst". chandra.harvard.edu . Consultado el 29 de diciembre de 2007 .
• Kennicutt, RC; Evans, Nueva Jersey (2012). "Formación de estrellas en la Vía Láctea y galaxias cercanas". Revista Anual de Astronomía y Astrofísica . 50 : 531–608. arXiv : 1204.3552 . Código Bib : 2012ARA&A..50..531K. doi : 10.1146/annurev-astro-081811-125610. S2CID  118667387.
• Weedman, DW; Feldman, FR; Balzano, Virginia; Ramsey, LW; Sramek, RA; Wuu, C. -C. (1981). "NGC 7714: el prototipo de núcleo galáctico de explosión estelar". La revista astrofísica . 248 : 105. Código bibliográfico : 1981ApJ...248..105W. doi :10.1086/159133.