Filamento de hidrógeno de 3.900 años luz de largo

Concepción artística de la galaxia de la Vía Láctea. Crédito: Pablo Carlos Budassi

Hace aproximadamente 13.800 millones de años, nuestro Universo nació en una explosión masiva que dio lugar a las primeras partículas subatómicas y las leyes de la física tal como las conocemos. Unos 370.000 años después, se había formado el hidrógeno, el bloque de construcción de las estrellas, que fusionan hidrógeno y helio en sus interiores para crear todos los elementos más pesados. Si bien el hidrógeno sigue siendo el elemento más omnipresente en el universo, puede ser difícil detectar nubes individuales de gas hidrógeno en el medio interestelar (ISM).

Esto dificulta la investigación de las primeras fases de la formación de estrellas, lo que ofrecería pistas sobre la evolución de las galaxias y el cosmos. Un equipo internacional dirigido por astrónomos de la Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) notó recientemente un filamento masivo de gas de hidrógeno atómico en nuestra galaxia. Esta estructura, llamada “Maggie”, se encuentra a unos 55.000 años luz de distancia (al otro lado del vía Láctea) y es una de las estructuras más largas jamás observadas en nuestra galaxia.

El estudio que describe sus hallazgos, que apareció recientemente en la revista Astronomía y Astrofísica, fue dirigido por Jonas Syed, Ph.D. estudiante del MPIA. A él se unieron investigadores de la Universidad de Viena, la Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA), el Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIFR), la Universidad de Calgary, la Universität Heidelberg, la Centro de Astrofísica y Ciencias Planetarias, el Argelander-Instituto de Astronomía, el Instituto Indio de Ciencias, y NASALaboratorio de Propulsión a Chorro (JPL).

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La investigación se basa en datos obtenidos por el Estudio de línea HI/OH/Recombinación de la Vía Láctea (THOR), un programa de observación que se basa en el Arreglo muy grande de Karl G. Jansky (VLA) en Nuevo México. Utilizando las antenas de radio de ondas centimétricas del VLA, este proyecto estudia la formación de nubes moleculares, la conversión de hidrógeno atómico en molecular, el campo magnético de la galaxia y otras cuestiones relacionadas con el ISM y la formación estelar.

El propósito final es determinar cómo convergen los dos isótopos de hidrógeno más comunes para crear nubes densas que se elevan a nuevas estrellas. Los isótopos incluyen hidrógeno atómico (H), compuesto de un protón, un electrón y ningún neutrón, e hidrógeno molecular (H₂) está compuesto por dos átomos de hidrógeno unidos por un enlace covalente. Solo este último se condensa en nubes relativamente compactas que desarrollarán regiones heladas donde eventualmente emergerán nuevas estrellas.

Esta imagen muestra una sección de la vista lateral de la Vía Láctea medida por el satélite Gaia de la ESA. La banda oscura consiste en gas y polvo, que atenúa la luz de las estrellas incrustadas. El Centro Galáctico de la Vía Láctea se indica a la derecha de la imagen, brillando intensamente debajo de la zona oscura. El cuadro a la izquierda del medio marca la ubicación del filamento “Maggie”. Muestra la distribución del hidrógeno atómico. Los colores indican diferentes velocidades del gas. Crédito: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO y T. Müller/J. Syed/MPIA

El proceso de cómo el hidrógeno atómico pasa a hidrógeno molecular aún se desconoce en gran medida, lo que hizo que este filamento extraordinariamente largo fuera un hallazgo especialmente emocionante. Mientras que las nubes de gas molecular más grandes conocidas suelen medir alrededor de 800 años luz de largo, Maggie mide 3900 años luz de largo y 130 años luz de ancho. Como explicó Syed en un MPIA reciente presione soltar:

“La ubicación de este filamento ha contribuido a este éxito.. Todavía no sabemos exactamente cómo llegó allí. Pero el filamento se extiende unos 1600 años luz por debajo del plano de la Vía Láctea. Las observaciones también nos permitieron determinar la velocidad del gas hidrógeno.. Esto nos permitió demostrar que las velocidades a lo largo del filamento apenas difieren.”

El análisis del equipo mostró que la materia en el filamento tenía una velocidad media de 54 km/s.^-1, que determinaron principalmente midiéndolo contra la rotación del disco de la Vía Láctea. Esto significaba que la radiación a una longitud de onda de 21 cm (también conocida como la “línea de hidrógeno“) era visible contra el fondo cósmico, haciendo discernible la estructura. “Las observaciones también nos permitieron determinar la velocidad del gas hidrógeno”, dijo Henrik Beuther, director de THOR y coautor del estudio. “Esto nos permitió demostrar que las velocidades a lo largo del filamento apenas difieren”.

Esta imagen en falso color muestra la distribución del hidrógeno atómico medido a una longitud de onda de 21 cm. La línea discontinua roja traza el filamento “Maggie”. Crédito: J. Syed/MPIA

A partir de esto, los investigadores encontraron que Maggie es una estructura coherente. Estos hallazgos confirmaron las observaciones realizadas un año antes por Juan D. Soler, astrofísico de la Universidad de Viena y coautor del artículo. Cuando observó el filamento, le puso el nombre del río más largo de su Colombia natal: el Río Magdalena (en inglés: Margaret, o “Maggie”). Si bien Maggie era reconocible en la evaluación anterior de Soler de los datos de THOR, solo el estudio actual demuestra sin lugar a dudas que se trata de una estructura coherente.

Según los datos publicados anteriormente, el equipo también estimó que Maggie contiene un 8% de hidrógeno molecular por fracción de masa. En una inspección más cercana, el equipo notó que el gas converge en varios puntos a lo largo del filamento, lo que los llevó a concluir que el gas de hidrógeno se acumula en grandes nubes en esos lugares. Además, especulan que el gas atómico se condensará gradualmente en una forma molecular en esos entornos.

“Sin embargo, muchas preguntas siguen sin respuesta”, agregó Syed. “Datos adicionales, que esperamos nos den más pistas sobre la fracción de gas molecular, ya están a la espera de ser analizados”. Afortunadamente, pronto estarán operativos varios observatorios espaciales y terrestres, telescopios que estarán equipados para estudiar estos filamentos en el futuro. Estos incluyen el Telescopio espacial James Webb (JWST) y encuestas de radio como la Matriz de kilómetros cuadrados (SKA), que nos permitirá ver el período más antiguo del Universo (“amanecer cósmico”) y las primeras estrellas de nuestro Universo.

Publicado originalmente el Universo hoy.

Para más información sobre esta investigación, consulte Estructura de filamento masivo – 3900 años luz de largo – Descubierta en la Vía Láctea.

Referencia: “El filamento “Maggie”: Propiedades físicas de una nube atómica gigante” por J. Syed, J. D. Soler, H. Beuther, Y. Wang, S. Suri, J. D. Henshaw, M. Riener, S. Bialy, S. Rezaei Kh., JM Stil, PF Goldsmith, MR Rugel, SCO Glover, RS Klessen, J. Kerp, JS Urquhart, J. Ott, N. Roy, N. Schneider, RJ Smith, SN Longmore y H. Linz, 20 de diciembre 2021, Astronomía y Astrofísica.
DOI: 10.1051/0004-6361/202141265