Los filamentos de hidrógeno tienen 3900 años luz de largo

Hace aproximadamente 13.800 millones de años, nuestro universo nació en una gigantesca explosión que dio origen a las primeras partículas subatómicas y las leyes de la física tal como las conocemos. Después de unos 370.000 años, se formó hidrógeno, el componente básico de las estrellas, que fusiona hidrógeno y helio en su interior para formar todos los elementos más pesados. Si bien el hidrógeno sigue siendo el elemento más predominante en el universo, las nubes individuales de gas de hidrógeno pueden ser difíciles de detectar en el medio interestelar (ISM).

Esto dificulta la investigación de las primeras etapas de la formación de estrellas, lo que proporcionaría pistas sobre la evolución de las galaxias y el universo. Un equipo internacional dirigido por astrónomos de Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) notó recientemente la presencia de enormes filamentos 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 de vía Láctea) y es una de las estructuras más altas jamás observadas en nuestra galaxia.

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

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La investigación se basa en los datos obtenidos. HI/OH/Encuesta de líneas de recombinación de la Vía Láctea (THOR), un software de monitorización basado en Colección extra grande de Karl G. Jansky (VLA) en Nuevo México. Usando los platos de radio de ondas centimétricas del VLA, este proyecto estudia la formación de nubes moleculares, la conversión de átomos en hidrógeno molecular, el campo magnético de la galaxia y otras cuestiones relacionadas con el ISM y la formación estelar.

El objetivo final es determinar cómo los dos isótopos de hidrógeno más comunes convergen para formar nubes densas que se elevan a nuevas estrellas. Los isótopos incluyen hidrógeno atómico (H), que consta de un protón, un electrón y ningún neutrón, e hidrógeno molecular (H).₂) consta de dos átomos de hidrógeno unidos por un enlace covalente. Estos últimos solo se condensan en nubes relativamente compactas que desarrollarán regiones heladas donde eventualmente aparecerán nuevas estrellas.

Esta imagen muestra una sección de la vista lateral de la Vía Láctea medida por el satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea. La banda oscura consiste en gas y polvo, que extingue la luz de las estrellas fusionadas. El centro galáctico de la Vía Láctea se indica a la derecha de la imagen y brilla intensamente debajo de la región oscura. El cuadro a la izquierda del centro indica la ubicación de los hilos “Maggie”. Muestra la distribución del hidrógeno atómico. Los colores indican diferentes velocidades de gas. Crédito: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO y T. Müller/J. Syd/MPIA

El proceso de transición del hidrógeno atómico al hidrógeno molecular aún se desconoce en gran medida, lo que hizo que este hilo extremadamente largo fuera un descubrimiento particularmente emocionante. Mientras que las nubes de gas molecular más grandes conocidas tienen unos 800 años luz de largo, Magi tiene 3.900 años luz de largo y 130 años luz de ancho. Como explicó Syed en un MPIA reciente presione soltar:

“Este hilo ha contribuido a este éxito.. Todavía no sabemos exactamente cómo llegaste allí. Pero la cuerda se extiende unos 1.600 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 fusible apenas difieren.“

El análisis del equipo mostró que el material en el filamento tiene una velocidad promedio de 54 km/s.^-1, que determinaron principalmente midiendo contra la rotación del disco de la Vía Láctea. Esto significa que la radiación tiene una longitud de onda de 21 cm (también conocido como “línea de hidrógenoEra visible contra el fondo cósmico, lo que hacía que la estructura fuera reconocible.“Las observaciones también nos permitieron determinar la velocidad del gas hidrógeno”, dijo Henrik Beuther, presidente de THOR y coautor del estudio.“Esto nos permitió demostrar que las velocidades a lo largo del el filamento apenas difiere.”

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 las pistas de “Maggie”. crédito: c. Maestría / MPIA

A partir de esto, los investigadores concluyeron que Maggi es una estructura coherente. Estos resultados confirman las observaciones realizadas hace un año por Juan de Soler, astrofísico de la Universidad de Viena y coautor del artículo. Cuando notó el hilo, lo nombró el río más largo de su Colombia natal: el Río Magdalena (inglés: Margaret, o “Maggie”). Si bien Maggie podría haber sido identificada en la evaluación anterior de Soler de los datos de THOR, solo el estudio actual demostró más allá de toda duda razonable que se trata de una estructura coherente.

Según los datos publicados anteriormente, el equipo también estimó que Maggi contiene un 8% de hidrógeno molecular por una fracción de la masa. Tras un examen más detenido, el equipo notó que el gas convergía en varios puntos a lo largo del filamento, lo que les llevó a concluir que el gas de hidrógeno se estaba acumulando en grandes nubes en esos lugares. También predijeron que el gas atómico se condensaría gradualmente en una forma molecular en esos entornos.

“Sin embargo, muchas preguntas siguen sin respuesta”, agregó Syed. “Los 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, y telescopios que estarán equipados para estudiar estos filamentos en el futuro. Éstas incluyen Telescopio espacial James Webb (JWST) y encuestas de radio como matriz de kilómetros cuadrados (SKA), que nos permitirá ver el período más antiguo del universo (“amanecer cósmico”) y las primeras estrellas de nuestro mundo.

Publicado originalmente en universo hoy.

Para obtener más información sobre esta investigación, consulte Se ha descubierto una estructura de filamento masivo, de 3.900 años luz de largo, en la Vía Láctea..

Referencia: “Filamentos de Maggie”: propiedades físicas de una nube atómica gigante” por J. Syed, JD Soler, H. Beuther, Y. Wang, S. Suri, JD 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 de 2021, Disponible aquí. Astronomía y astrofísica.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202141265