Esta colisión de galaxias parece una película de Michael Bay

El choque de galaxias en el conocido como Quinteto de Stephan y las ondas de choque resultantes que genera están ayudando a los astrónomos a comprender cómo la turbulencia influye en el gas en el medio intergaláctico. 

Nuevas observaciones con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el telescopio espacial James Webb Space (JWST) han revelado que un estampido sónico de varias veces el tamaño de la Vía Láctea ha puesto en marcha una planta de reciclaje de gas hidrógeno molecular cálido y frío. 

Además, los astrónomos han descubierto la descomposición de una nube gigante en una niebla de gas cálido, la posible colisión de dos nubes que forman una salpicadura de gas cálido a su alrededor y la formación de una nueva galaxia.  Un conjunto tan especular que parece extraído de una película de Michael Bay, director de títulos como La Roca, Armageddon o Transformers, conocidas por su efectos especiales y sus espectaculares explosiones.

Un laboratorio de colisiones

El Quinteto de Stephan es un grupo de cinco galaxias, generalmente ubicadas a unos 270 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Pegaso. El grupo proporciona un laboratorio prístino para el estudio de las colisiones de galaxias y su impacto en el entorno circundante. Por lo general, las colisiones y fusiones de galaxias desencadenan un estallido de formación estelar; ese no es el caso en Quinteto. En cambio, esta actividad violenta tiene lugar en el medio intergaláctico, lejos de las galaxias en lugares donde hay poca o ninguna formación estelar que obstruya la vista. 

Esa ventana limpia al Universo ha permitido a los astrónomos observar lo que sucede cuando una de las galaxias, NGC 7318b, se entromete violentamente en el grupo a una velocidad relativa de aproximadamente 800 km/segundo. A esa velocidad, un viaje de la Tierra a la Luna tomaría solo ocho minutos. 

"Cuando este intruso choca contra el grupo, está chocando con una vieja columna de gas que probablemente fue causada por una interacción previa entre dos de las otras galaxias, y está causando que se forme una onda de choque gigante", dijo Philip Appleton, astrónomo y senior. científico en  el Centro de Análisis y Procesamiento de Infrarrojos (IPAC) de Caltech e investigador principal del proyecto. 

“A medida que la onda de choque se abre paso, está creando una capa de enfriamiento altamente turbulenta o inestable”

“A medida que la onda de choque pasa a través de esta serpentina grumosa, está creando una capa de enfriamiento altamente turbulenta o inestable, y es en las regiones afectadas por esta actividad violenta donde estamos viendo estructuras inesperadas y el reciclaje de gas de hidrógeno molecular”, detalla. “Esto es importante porque el hidrógeno molecular forma la materia prima que finalmente puede formar estrellas, por lo que comprender su destino nos dará más información sobre la evolución del Quinteto de Stephan y las galaxias en general”.

Las nuevas observaciones que utilizan el receptor de Banda 6 (longitud de onda de 1,3 mm) 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 una imagen clara de cómo el gas de hidrógeno se mueve y se forma de forma continua.

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

Desintegración de una nube gigante

La región en el centro de la onda de choque principal, denominada Campo 6, reveló una nube gigante de moléculas frías que se descomponen y estiran en una larga cola de hidrógeno molecular cálido y se reciclan repetidamente a través de estas mismas fases. “Lo que estamos viendo es la desintegración de una nube gigante de moléculas frías en un gas supercaliente y, curiosamente, el gas no sobrevive al choque, simplemente pasa por fases cálidas y frías”, dijo Appleton. "Todavía no comprendemos completamente estos ciclos, pero sabemos que el gas se está reciclando porque la longitud de la cola es más larga que el tiempo que tardan en destruirse las nubes de las que está hecho”.

 “Lo que estamos viendo es la desintegración de una nube gigante de moléculas frías en un gas supercaliente”

Esta planta de reciclaje intergaláctica no es la única actividad extraña resultante de las ondas de choque. En la región denominada Campo 5, los científicos observaron dos nubes de gas frío conectadas por una corriente de gas de hidrógeno molecular cálido. Curiosamente, una de las nubes, que se asemeja a una bala de alta velocidad de gas de hidrógeno frío que choca con un gran filamento de gas esparcido en forma de hilo, creó un anillo en la estructura a medida que atravesaba. 

La energía causada por esta colisión está alimentando la envoltura cálida de gas alrededor de la región, pero los científicos no están muy seguros de lo que eso significa porque aún no tienen datos de observación detallados para el gas cálido. "Una nube molecular que atraviese el gas intergaláctico y deje estragos a su paso puede ser rara y aún no completamente comprendida", asegura Bjorn Emonts, astrónomo de NRAO y coinvestigador del proyecto.   

Quizás la más "normal" del grupo es la región denominada Campo 4, donde los científicos encontraron un entorno más estable y menos turbulento que permitió que el gas de hidrógeno colapsara en un disco de estrellas y lo que los científicos creen que es una pequeña galaxia enana en formación. "En el campo 4, es probable que las grandes nubes preexistentes de gas denso se hayan vuelto inestables debido al choque y se hayan colapsado para formar nuevas estrellas como esperamos", afirma Pierre Guillard, investigador del  Institut d'Astrophysique de París y co-investigador del proyecto, quien agrega que todas las nuevas observaciones tienen implicaciones significativas para los modelos teóricos del impacto de la turbulencia en el Universo. 

“La onda de choque en el medio intergaláctico del Quinteto de Stephan ha formado tanto gas molecular frío como el que tenemos en nuestra propia Vía Láctea y, sin embargo, forma estrellas a un ritmo mucho más lento de lo esperado”, asegura. “Comprender por qué este material es estéril 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 entre el gas frío y el caliente”.

El secreto de las galaxias

Antes de las observaciones de ALMA, los científicos tenían poca idea de que todo esto estaba ocurriendo en el medio intergaláctico del Quinteto, pero no fue por falta de intentos. En 2010, el equipo usó el Telescopio Espacial Spitzer para observar el Quinteto de Stephan y descubrió grandes nubes de hidrógeno molecular cálido, estimado entre 100 ° y 400 ° Kelvin, o aproximadamente -280 ° a 260 ° Fahrenheit, mezclado con el super- gas caliente “Estas nubes deberían haber sido destruidas por la onda de choque a gran escala que se movió a través del grupo, pero no lo fueron. Y queríamos saber, y todavía queremos saber cómo sobrevivieron”, dice Appleton. 

Para resolver el misterio, el equipo necesitaba más y diferente poder y capacidad tecnológica. La primera luz de ALMA  ocurrió más de un año después, a fines de 2011 y  JWST capturó sus primeras imágenes a  principios de este año. La combinación de estos poderosos recursos ha proporcionado imágenes infrarrojas sorprendentemente bellas del Quinteto de Stephan y una comprensión tentadora, aunque incompleta, de la relación entre los gases de hidrógeno ionizado, molecular cálido y frío tras la onda de choque gigante. El equipo ahora necesita datos espectroscópicos 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”, señala Appleton. “Si bien ahora tenemos una mejor comprensión de las estructuras de gas y el papel de la turbulencia en su creación y mantenimiento, las futuras observaciones espectroscópicas rastrearán los movimientos del gas a través del efecto doppler, nos dirán qué tan rápido se mueve el gas caliente, nos permitirán para medir la temperatura del gas caliente y ver cómo las ondas de choque enfrían o calientan el gas. Esencialmente, tenemos un lado de la historia. Ahora es el momento de conseguir el otro”.

Referencia: ALMA and JWST reveal galactic shock is shaping Stephan’s Quintet in mysterious ways (NRAO)