Las galaxias respiran gas y cuando dejan de hacerlo no se forman más estrellas

Durante la mayor parte de la historia de la astronomía, todo lo que pudimos ver fueron estrellas. Podíamos verlos individualmente, en cúmulos, en nebulosas y en manchas borrosas que pensábamos que eran grupos de estrellas pero que en realidad eran galaxias. La cuestión es que la mayor parte de lo que hay ahí fuera es mucho más difícil de ver que las estrellas y las galaxias. Es gasolina.

Ahora eso astrónomos Podemos ver el gas mejor que nunca, podemos ver cómo galaxias inspírelo y exhale. Cuando dejan de respirarlo, estrellas dejar de formarse.

En los primeros días del universo, todo era gas. No había estrellas ni galaxias. Aproximadamente 13.500 millones de años después, vemos galaxias y sus estrellas casi dondequiera que miremos. Pero la gran mayoría de la materia de una galaxia sigue siendo gas.

El gas está por todas partes. Cuando está en el espacio entre galaxias, lo llamamos medio intergaláctico. Cuando el gas rodea estrechamente una galaxia, lo llamamos gas circungaláctico. No hay barrera entre estos, son solo nombres que usan los astrónomos para poder hablar de ellos.

Los astrónomos están empezando a comprender el flujo de gas entre una galaxia, su medio circungaláctico y el medio intergaláctico. El flujo regula formacion de estrellasy cuando ese flujo se detiene, la galaxia deja de respirar.

Las estrellas, la gravedad y la temperatura y densidad del gas desempeñan un papel en la respiración de las galaxias. Cuando el universo se puso en marcha, el gas se acumuló en las galaxias y formó estrellas. Cuando las estrellas mueren, especialmente como supernovas, expulsan gas. En ese punto, el gas está relativamente caliente y es difuso y resiste la compactación.

Pero a medida que el gas abandona la galaxia, se enfría. A medida que se enfría, su densidad aumenta y la gravedad de la galaxia puede controlarla con más firmeza. Luego, el gas regresa a la galaxia, donde puede colapsar nuevamente fuera de las nubes y formar estrellas. Así es como se recicla o se respira el gas dentro y fuera de las galaxias.

Los astrónomos no conocieron esta respiración galáctica hasta la década de 1960, cuando pudieron observar la luz de quásares distantes viajando a través de todo este gas. Ahora los astrónomos tienen mejores herramientas para ver este gas y su conocimiento está aumentando.

El CGM es una región mucho más pequeña que el IGM y también mucho más débil. Sin embargo, la región juega un papel vital en el reciclaje. “El CGM es una fuente de combustible para la formación de estrellas de una galaxia, el lugar para la retroalimentación y el reciclaje galácticos, y quizás el regulador clave del suministro de gas galáctico”, afirma un documento 2017 estados.

Los astrónomos que estudian el CGM encontraron evidencia convincente de la respiración de las galaxias. Proviene del estudio de nubes de gas separadas fuera de las galaxias. Algunas de estas nubes de gas tienen metalicidades más altas que otras nubes. Sólo las estrellas pueden crear metales, por lo que una nube de gas que tiene una mayor metalicidad debe ser gas de salida que proviene de las estrellas. El gas de alta metalicidad es gas exhalado que ya estuvo en una galaxia pero fue expulsado.

Los astrónomos también descubrieron que el gas del CGM más cercano a la galaxia tiene una mayor metalicidad. “El medio circungaláctico puede incluso provocar fascinación: ¿podría el elementos pesados en la Tierra pasó por el CGM de la Vía Láctea varias veces antes de la formación del sistema solar?”, pregunta el artículo de 2017.

Los astrónomos han recurrido a estudios a gran escala para investigar más profundamente la respiración galáctica. Resulta que el gas del CGM es hasta 1.000 veces más denso que el gas del IGM. Su temperatura oscila entre 10.000 y 1 millón de Kelvin, que es a la vez más fría y más caliente que el gas del IGM. Pero todavía es difícil ver qué está pasando exactamente. Las señales del gas que fluye a menudo se superponen con señales de la propia galaxia, lo que dificulta su estudio. Por otro lado, el gas que sale es más fácil de ver.

La causa de las salidas es incierta. Las supernovas podrían desempeñar un papel, al igual que los poderosos vientos estelares de estrellas jóvenes, masivas y calientes. Los chorros de agujeros negros y la retroalimentación también podrían influir.

Cualesquiera que sean las causas absolutas de esta respiración gaseosa, ésta finalmente cesa. Los astrónomos lo llaman “extinción” y hay amplia evidencia de ello. Una vez apagada, una galaxia se llama “galaxia inactiva” y ya no forma estrellas. En los estudios del cielo, las galaxias que aún respiran todavía están formando estrellas y aparecen azules, mientras que las galaxias inactivas aparecen rojas. No hay mucho entre ellos.

Pero los astrónomos se enfrentan al mismo problema a la hora de comprender la extinción que el de los flujos de gas que entran en las galaxias: la falta de pruebas sólidas. Y algunas de las pruebas que tienen los astrónomos son muy desconcertantes.

Por ejemplo, alguna investigación encontró gas ligado gravitacionalmente a galaxias rojas apagadas. El gas es lo suficientemente frío y denso como para formar estrellas, pero por alguna razón no caerá en las galaxias. Así que hay mucho combustible para la formación de estrellas al alcance de la mano, pero no puede entrar en la galaxia.

La dificultad para observar el gas que cae significa que, por ahora, una comprensión más completa de la respiración galáctica está fuera de nuestro alcance. Pero los astrónomos tienen otra herramienta: las simulaciones.

Una simulación, llamada FUEGO: retroalimentación en entornos realistas, modela la formación de galaxias y sus estrellas a medida que el gas entra y sale de ellas durante miles de millones de años. Una de las simulaciones muestra la formación de una galaxia, la Vía Láctea, con el tiempo. La formación de galaxias nunca termina realmente, y la simulación proporciona una visualización útil del gas caliente que sale de la galaxia mientras que el gas frío y denso regresa.

Una vez que las estrellas dejan de formarse, también lo hacen los planetas. Por extensión, también lo hace, probablemente, la vida. Desde esa perspectiva, la extinción de una galaxia es la extinción de las posibilidades. ¿Cómo sería ser un astrónomo alienígena dentro de una galaxia apagada, donde las estrellas están envejeciendo y no se están formando otras nuevas? Es un pensamiento extraño y melancólico.

Pero algún día algo más que las galaxias se apagará. Vivimos en la Era Estelífera, donde la materia se organiza en planetas, estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias. En unos 100 billones de años, esta era terminará, como si todo el universo se hubiera apagado. Todo lo que quedará será enanas blancas, enanas marronesestrellas de neutrones y agujeros negros.

Nunca más se formarán nuevas estrellas, el universo se oscurecerá y se enfriará, y todo lo que la humanidad alguna vez reflexionó, incluido cómo las galaxias respiran gas y forman estrellas, será discutible.