La UGR participa en un proyecto internacional para estudiar Messier 82, la galaxia de “alta velocidad” que crea estrellas nuevas a un ritmo diez veces mayor que la Vía Láctea

Un equipo de astrónomos en el que participa la Universidad de Granada ha utilizado el telescopio espacial James Webb (JWST, Webb) de la NASA para estudiar la galaxia con brote de formación estelar Messier 82 (M82). Ubicada a 12 millones de años luz, en la constelación de la Osa Mayor, esta galaxia es relativamente compacta en tamaño, pero alberga una frenética actividad de formación estelar. Como referencia, M82 está creando nuevas estrellas a un ritmo 10 veces mayor que la Vía Láctea.

El equipo, liderado por Alberto Bolatto, de la Universidad de Maryland - College Park, y en el que participa Mónica Relaño Pastor, profesora del Departamento de Física Teórica y del Cosmos de la Universidad de Granada, dirigió el instrumento NIRCam (la cámara de infrarrojo cercano del Webb) hacia el centro de la galaxia M82, logrando observar con detalle las condiciones físicas que favorecen la formación de nuevas estrellas (Figura 1).

"Durante años, M82 ha sido observada con frecuencia, debido a que puede considerarse como una galaxia prototipo de las llamadas 'starburst' o galaxias con brote de formación estelar", ha dicho Bolatto, autor principal del estudio. "Tanto los telescopios espaciales Spitzer como Hubble, de la NASA, habían observado este objeto. Ahora, con el tamaño y la resolución del JWST, podemos observar el proceso de formación estelar en esta galaxia con todo lujo de detalle".

La formación de estrellas continúa manteniendo un halo de misterio porque está envuelta por cortinas de polvo y gas que suponen un obstáculo en la observación de este proceso. Esta dificultad disminuye si se observa en el rango infrarrojo, que es el rango que cubre el telescopio espacial James Webb. Además, estas imágenes de la NIRCam del centro mismo del estallido estelar se obtuvieron utilizando un modo instrumental que evitó que las fuentes muy brillantes saturaran el detector.

La NIRCam de Webb ha revelado un nivel de detalle que históricamente había estado oscurecido, mostrando filamentos de polvo que atraviesan el núcleo brillante de M82, donde la formación estelar está teniendo lugar. Mirando más de cerca hacia el centro, pequeños nodos representados en verde marcan áreas concentradas de hierro, la mayoría de las cuales son restos de supernovas. Los pequeños parches que aparecen en rojo indican regiones donde el hidrógeno molecular está siendo iluminado por la radiación de una estrella joven cercana (ver Figura 2).

"Esta imagen muestra el poder de Webb", afirman desde el equipo de investigación. "Cada punto blanco en esta imagen es, o bien una estrella, o un cúmulo estelar. Podemos empezar a distinguir todas estas pequeñas fuentes puntuales, lo que nos permite hacer un recuento preciso de todos los cúmulos estelares en esta galaxia."

Al observar M82 en longitudes de onda ligeramente más largas en el infrarrojo, se pueden ver filamentos grumosos representados en rojo extendiéndose por encima y por debajo del plano de la galaxia. Estos chorros gaseosos son un viento galáctico que sale del núcleo del brote de formación estelar (Figura 1, panel derecha).

Uno de los objetivos de este equipo de investigación fue comprender cómo este viento galáctico, causado por la rápida tasa de formación estelar y las subsiguientes supernovas, está siendo lanzado e influenciando su entorno circundante. Al resolver una sección central de M82, los científicos pudieron examinar de dónde proviene el viento y obtener una visión sobre cómo interactúan las componentes calientes y frías dentro de dicho viento.

El instrumento NIRCam del Webb ha sido el idóneo para describir la estructura de este viento galáctico a través de la emisión de moléculas químicas carbonosas conocidas como hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH). Los PAHs pueden considerarse como granos de polvo muy pequeños que sobreviven en temperaturas frías, pero se destruyen en condiciones ambientales calientes.

Para sorpresa del equipo, la visión del JWST de la emisión de los PAHs resalta la estructura fina del viento galáctico, un aspecto previamente desconocido. Representada como filamentos rojos, la emisión se extiende lejos de la región central donde se encuentra el corazón de la formación estelar. Otro descubrimiento inesperado fue la similar distribución que presentan la emisión de los PAHs y la del gas caliente ionizado.

"Ha sido inesperado ver que la emisión de los PAHs se asemeje al gas ionizado", afirman los investigadores. "Se supone que los PAHs no viven mucho tiempo cuando están expuestos a un campo de radiación tan fuerte, así que tal vez están se están formando continuamente. Esto desafía nuestra concepción previa de cómo los PAHs son afectados por las condiciones del entorno y nos indica la necesidad de una investigación adicional".

Las observaciones de M82 con el Webb en el infrarrojo cercano suscitan más preguntas sobre la formación de estrellas, algunas de las cuales el equipo espera responder con datos adicionales recopilados con el mismo telescopio, incluidos los de otra galaxia con un intenso brote de formación estelar. Otros dos artículos de este equipo, que caracterizan los cúmulos estelares y las correlaciones entre las diferentes componentes del viento de M82, están casi finalizados.

En un futuro próximo, el equipo tendrá listas para su análisis observaciones espectroscópicas de M82 realizadas con Webb, así como imágenes complementarias a gran escala de la galaxia y del viento. Los datos espectrales ayudarán a los astrónomos a determinar las edades precisas de los cúmulos estelares y proporcionarán una idea del tiempo que dura cada fase de formación estelar en una galaxia con un brote de formación estelar intenso. A una escala mayor, inspeccionar la actividad en galaxias como M82 puede profundizar la comprensión de los astrónomos sobre el universo temprano.

"La observación con JWST de M82, un objeto cercano a nosotros, es un recordatorio de que el telescopio es excelente para el estudio de galaxias a todas las distancias", dicen los científicos. "Además de observar galaxias jóvenes y con alto desplazamiento al rojo, podemos mirar objetos más cercanos para obtener una visión de los procesos que están ocurriendo aquí – eventos que también ocurrieron en el universo temprano". Todos estos resultados han sido aceptados para publicarse en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal.