Las galaxias crecen acumulando gas de su entorno y convirtiéndolo en estrellas, pero los detalles de este proceso siguen siendo confusos. Nuevas observaciones, realizado utilizando el Keck Cosmic Web Imager (KCWI) en el Observatorio W. M. Keck en Hawai, ahora proporcione lo más claro, la evidencia más directa hasta ahora de que los filamentos de gas frío se convierten en galaxias jóvenes, suministrando el combustible para las estrellas.

"Por primera vez, estamos viendo filamentos de gas directamente en espiral hacia una galaxia. Es como una tubería que entra directamente "dice Christopher Martin, profesor de física en Caltech y autor principal de un nuevo artículo que aparece en la edición del 1 de julio de la revista Astronomía de la naturaleza . "Este gasoducto sostiene la formación de estrellas, explicando cómo las galaxias pueden hacer estrellas en escalas de tiempo muy rápidas ".

Durante años, Los astrónomos han debatido exactamente cómo llega el gas al centro de las galaxias. ¿Se calienta dramáticamente cuando choca con el gas caliente circundante? ¿O fluye a lo largo de filamentos delgados y densos, permaneciendo relativamente frío? "La teoría moderna sugiere que la respuesta probablemente sea una combinación de ambos, pero probar la existencia de estas corrientes frías de gas había sido un gran desafío hasta ahora, "dice el coautor Donal O'Sullivan (MS '15), un doctorado estudiante en el grupo de Martin que construyó parte de KCWI.

KCWI, diseñado y construido en Caltech, es una cámara de imágenes espectrales de última generación. Llamado espectrógrafo unitario de campo integral, permite a los astrónomos tomar imágenes de modo que cada píxel de la imagen contenga un espectro de luz disperso. Instalado en Keck a principios de 2017, KCWI es el sucesor del Cosmic Web Imager (CWI), un instrumento que ha operado en el Observatorio Palomar cerca de San Diego desde 2010. KCWI tiene ocho veces la resolución espacial y 10 veces la sensibilidad de CWI.

"El principal impulsor de la construcción de KCWI fue comprender y caracterizar la red cósmica, pero el instrumento es muy flexible, y los científicos lo han usado, entre otras cosas, para estudiar la naturaleza de la materia oscura, para investigar los agujeros negros, y para perfeccionar nuestra comprensión de la formación de estrellas, "dice el coautor Mateusz (Matt) Matuszewski (MS '02, Doctor. '12), un científico de instrumentos senior en Caltech.

La cuestión de cómo se forman las galaxias y las estrellas a partir de una red de tenues filamentos en el espacio, lo que se conoce como la red cósmica, ha fascinado a Martin desde que era estudiante de posgrado. Para encontrar respuestas dirigió los equipos que construyeron tanto CWI como KCWI. En 2017, Martin y su equipo utilizaron KCWI para adquirir datos sobre dos galaxias activas conocidas como cuásares, llamado UM 287 y CSO 38, pero no eran los propios quásares los que querían estudiar. Cerca de cada uno de estos dos quásares hay una nebulosa gigante, más grande que la Vía Láctea y visible gracias a la fuerte iluminación de los quásares. Al observar la luz emitida por el hidrógeno en las nebulosas, específicamente una línea de emisión atómica llamada hidrógeno Lyman-alfa, pudieron trazar un mapa de la velocidad del gas. De observaciones anteriores en Palomar, el equipo ya sabía que había signos de rotación en las nebulosas, pero los datos de Keck revelaron mucho más.

"Cuando usamos el CWI de Palomar anteriormente, pudimos ver lo que parecía un disco giratorio de gas, pero no pudimos distinguir ningún filamento, "dice O'Sullivan." Ahora, con el aumento de sensibilidad y resolución con KCWI, tenemos modelos más sofisticados y podemos ver que estos objetos están siendo alimentados por el gas que fluye desde los filamentos adheridos, lo cual es una fuerte evidencia de que la red cósmica está conectada y alimenta este disco ".

Martin y sus colegas desarrollaron un modelo matemático para explicar las velocidades que estaban viendo en el gas y lo probaron en UM287 y CSO38, así como en una galaxia simulada.

"Nos tomó más de un año crear el modelo matemático para explicar el flujo radial del gas, "dice Martin." Una vez que lo hicimos, nos sorprendió lo bien que funciona el modelo ".

Los hallazgos proporcionan la mejor evidencia hasta la fecha para el modelo de flujo frío de formación de galaxias, que básicamente establece que el gas frío puede fluir directamente hacia la formación de galaxias, donde se convierte en estrellas. Antes de que este modelo ganara popularidad, Los investigadores habían propuesto que las galaxias atraen gas y lo calientan a temperaturas extremadamente altas. Desde allí, se pensó que el gas se enfriaba gradualmente, proporcionando un suministro constante pero lento de combustible para las estrellas. En 1996, investigación de Charles (Chuck) Steidel de Caltech, el profesor de astronomía Lee A. DuBridge y coautor del nuevo estudio, puso en tela de juicio este modelo. Él y sus colegas demostraron que las galaxias distantes producen estrellas a un ritmo muy alto, demasiado rápido para ser explicado por el lento asentamiento y enfriamiento del gas caliente que era un modelo favorito para el abastecimiento de combustible de galaxias jóvenes.

"A través de los años, hemos adquirido cada vez más pruebas del modelo de flujo frío, "dice Martin." Hemos apodado a nuestra nueva versión del modelo el 'flujo frío inspiral, 'ya que vemos el patrón en espiral en el gas ".

"Este tipo de mediciones son exactamente el tipo de ciencia que queremos hacer con KCWI, "dice John O'Meara, el científico jefe del Observatorio Keck. "Combinamos el poder del tamaño del telescopio de Keck, poderosa instrumentación, y un sitio astronómico asombroso para ampliar los límites de lo que es posible observar. Es muy emocionante ver este resultado en particular, ya que la observación directa de los flujos de entrada ha sido una especie de eslabón perdido en nuestra capacidad para probar modelos de formación y evolución de galaxias. No puedo esperar a ver lo que viene a continuación ".

El nuevo estudio, noble, "Las entradas de gas multifilamento que alimentan las jóvenes galaxias formadoras de estrellas, "fue financiado por la National Science Foundation (NSF), el Observatorio W. M. Keck, Caltech, y el Consejo Europeo de Investigación.