¿Está naciendo una galaxia en nuestro vecindario cósmico?

El Quinteto de Stephan es un grupo de cinco galaxias (NGC 7317, NGC 7318a, NGC 7318b, NGC 7319 y NGC 7320) ubicadas a unos 270 millones de años-luz de la Tierra, en la constelación de Pegaso. Este grupo sirve como un laboratorio ideal para estudiar las colisiones galácticas y sus consecuencias en el entorno. Por lo general, las colisiones y fusiones galácticas desencadenan un brote de formación estelar (la formación de muchas estrellas en una zona del cosmos en un plazo de tiempo mucho más breve de lo normal), algo que no sucede en el Quinteto de Stephan. En cambio, hay actividad turbulenta en el medio intergaláctico, lejos de las galaxias, en lugares donde la tasa de formación estelar es muy baja o incluso nula, lo cual favorece la observación astronómica.

Al tener una vista tan limpia de esa zona, la comunidad astronómica ha podido observar lo que sucede mientras una de las galaxias, NGC 7318b, se incorpora de forma violenta al grupo, a una velocidad relativa de unos 800 kilómetros por segundo. A esa velocidad, un viaje de la Tierra a la Luna tardaría apenas 8 minutos. “Mientras entra en colisión con el grupo, esta intrusa choca con un antiguo penacho de gas, dejado probablemente por la interacción entre otras dos galaxias, y genera una enorme onda de choque”, explica Philip Appleton, astrónomo del Centro de Análisis y Procesamiento Infrarrojo (IPAC) del Instituto Tecnológico de California (Caltech) en Estados Unidos, quien dirigió el proyecto de investigación. “Al pasar por este denso penacho, la onda de choque forma una capa turbulenta, o inestable, de enfriamiento, y es en las zonas afectadas por esta violenta actividad donde vemos estructuras inesperadas y un proceso de reciclaje de gas de hidrógeno molecular. Esto es importante porque el hidrógeno molecular crea la materia prima que, en última instancia, permite formar estrellas, de ahí que conocer su evolución nos permita entender mejor la evolución del Quinteto de Stephan y de las galaxias en general”.

Las nuevas observaciones, realizadas con la Banda 6 del observatorio astronómico ALMA, concretamente el receptor de longitud de onda de 1,3 mm desarrollado por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO) de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) de Estados Unidos, permitieron a la comunidad científica obtener una vista extremadamente detallada de tres regiones clave y, por primera vez, entender con claridad cómo el gas de hidrógeno se desplaza y se estructura de forma continua.

En la región conocida como Campo 4, está ocurriendo algo muy especial. Aquí los científicos observaron un ambiente más estable y menos turbulento que permite al gas de hidrógeno concentrarse en un disco de estrellas, y lo que se cree que podría ser una galaxia enana en proceso de formación. “En el Campo 4, es probable que unas grandes nubes de gas denso preexistentes se hayan vuelto inestables debido al choque y hayan colapsado para formar nuevas estrellas, como sería de esperar”, explica Pierre Guillard, investigador del Instituto de Astrofísica de París y coinvestigador del proyecto.

En esta zona (Campo 4) del Quinteto de Stephan se ha observado un ambiente más estable y menos turbulento, donde una gran masa de hidrógeno se ha concentrado en lo que parece ser una galaxia enana en proceso de formación. (Foto: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / JWST / P. Appleton (Caltech) / B. Saxton (NRAO / AUI / NSF. CC BY)

En el centro de la onda de choque principal, una región conocida como Campo 6, se observó una enorme nube de gas hecha de moléculas frías siendo desmenuzada y estirada para formar un largo penacho de hidrógeno molecular caliente, un proceso que se repite una y otra vez. “Lo que vemos es la desintegración de una enorme nube de moléculas frías que forman un gas supercaliente, y, curiosamente, el gas no sobrevive al choque, sino que pasa de forma reiterada por etapas calientes y frías. Todavía no entendemos del todo estos ciclos, pero sabemos que el gas está siendo reciclado, porque la longitud del penacho es mayor que lo que se demoran en destruirse las nubes a partir de las cuales se forma”, señala Philip Appleton.

Esta planta de reciclaje intergaláctico no es la única actividad extraña causada por las ondas de choque. En la región conocida como Campo 5, se observaron dos nubes de gas conectadas por un flujo de gas de hidrógeno molecular caliente. Curiosamente, una de las nubes, que parece una bala de gas de hidrógeno frío que choca a gran velocidad con una gran estructura filamentosa de gas, creó un anillo en la estructura a medida que la atravesó. La energía liberada por esta colisión está alimentando el envoltorio de gas caliente que rodea la región, aunque no se sabe a ciencia cierta qué sucede allí, puesto que todavía no hay datos de observación detallados de ese gas. “La existencia de una nube molecular que atraviesa gas intergaláctico y genera caos a su paso puede ser un fenómeno raro, y aún no lo entendemos del todo”, afirma Bjorn Emonts, astrónomo de NRAO y coinvestigador del proyecto. “Pero nuestros datos demuestran que dimos un importante paso para entender el extraño comportamiento y los turbulentos ciclos de las nubes de gas molecular en el Quinteto de Stephan”.

Antes de las observaciones de ALMA, es muy poco lo que se sabía sobre todos estos fenómenos que ocurren en el medio intergaláctico del Quinteto de Stephan, pero no era por falta de interés. En 2010, el equipo usó el telescopio espacial Spitzer para observar el Quinteto de Stephan y descubrió grandes nubes de hidrógeno molecular caliente —se calcula que tenían entre unos 170 grados centígrados bajo cero y unos 100 sobre cero. Estas nubes deberían haber sido destruidas por la gran onda de choque que se desplaza por el grupo, pero no lo fueron. ¿Por qué han sobrevivido?

Para resolver este misterio, el equipo necesitaba capacidades tecnológicas diferentes y más poderosas. Más de un año después, a fines de 2011, ALMA captó su primera señal. En 2022, el telescopio James Webb captó sus primeras imágenes. La combinación de estos poderosos recursos ha permitido obtener sobrecogedoras imágenes infrarrojas del Quinteto de Stephan y lograr un conocimiento mucho más amplio, aunque incompleto, sobre la relación entre los gases de hidrógeno frío, molecular caliente e ionizado tras la enorme onda de choque.

“Estas nuevas observaciones nos aportaron algunas respuestas, pero, sobre todo, nos mostraron cuán poco sabemos aún”, advierte Philip Appleton. “Aunque ahora entendemos mejor las estructuras de gas y cómo incide la turbulencia en su creación y mantenimiento, necesitamos más observaciones espectroscópicas para determinar los movimientos del gas a través del efecto Doppler, saber cuán rápido se desplaza el gas, medir la temperatura del gas caliente y ver cómo el gas está siendo enfriado o calentado por las ondas de choque. En resumen, hemos visto una cara de la moneda. Ahora tenemos que ver la otra”. (Fuente: NRAO)