Liberar y rejuvenecer, la misión de los supervientos

Título: DENSE CO IN MRK 71-A: SUPERWIND SUPPRESSED IN A YOUNG SUPER STAR CLUSTER [arXiv:1710.03261v1]
Autores: M. S. Oey, C. N. Herrera, Sergiy Silich, Megan Reiter, Bethan L. James, A. E. Jaskot and Genoveva Micheva
Institución del primer autor: University of Michigan, USA
Estado: Aceptado para su publicación en ApJ Letters

Los supervientos son el arma con la que se cree:

1. Las galaxias “rejuvenecen” su contenido químico al expulsar al medio exterior los “metales” o elementos pesados (ver astrobito) que se desarrollaron por la expulsión de supernovas o estrellas evolucionadas.
2. Lasprimeras galaxias que se formaron en el Universo (ver astrobitos) consiguieron liberarse de sus fotones ionizantes.
3. Los cúmulos estelares masivos jóvenes (SCCs, por sus siglas en inglés) consiguen salir del envoltorio de gas y polvo en el que se formaron (ver astrobitos).

¿Cómo se forman los supervientos?

Los supervientos son chorros de gas y material estelar que son expulsado de una galaxia.  Sin embargo, en esta ocasión nos tomaremos la libertad de nombrar supervientos también a los vientos emitidos desde el borde de los cúmulos estelares, y que se desarrollan por la ineracción de los vientos de estrellas masivas y jóvenes (O, B o Wolf-Rayet), así como por la explosión de supernovas.

Los modelos teóricos de los supervientos indican que éstos pueden ser “empujados” por: el momento del gas inyectado por las estrellas masivas y supernovas o por la energía inyectada por los fotones ionizantes emitidos por el cúmulo. El desarrollo y evolución del superviento es un tema complicado y depende de múltiples factores. De hecho, todavía no se entiende cuáles son los parámetros que determinan la interacción entre el cúmulo estelar, su superviento y el cascarón de gas y polvo del cual se formó el cúmulo.

En el trabajo de hoy los autores presentan imagenes de un cúmulo estelar muy joven y masivo (10⁵ M_Sol), Mrk 71-A, el cual se encuentra inmerso en una región H II. Este cúmulo se encuentra dentro de la galaxia irregular NGC 2366, la cual se piensa es similar a las “Galaxias Emisoras de Continuo Lyman” (ver astrobito) y por lo tanto puede brindar una oportunidad única de analizar el escape de radiación ionizante en estas galaxias primigenias. En este trabajo se demuestra que a Mrk 71-A lo acompaña una compacta nube molecular de masa comparable, y nos presentan los escenarios que podrían explicar esta interesante convivencia.

Los autores obtuvieron observaciones de la molécula de dióxido de carbono (CO) en la galaxia irregular Mrk 71 con el interferómetro NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array). Esta molécula es utilizada para determinar los sitios donde hay nubes moleculares (ver astrobito). La Figura 1 presenta a Mrk 71 en una imagen compuesta por tres colores: en azul la luz emitida por las estrellas, mientras que en verde y rojo la luz emitida por el gas ionizado. Sobre la imagen los contornos indican la emisión de CO: en negro el continuo térmico del polvo y en rojo la línea en emisión CO(J=2-1). En la figura se observa un pico de emisión de continuo en longitudes de onda milimétricas alineado con el centro de la región H II, y sobre éstos emisión de la línea CO(J=2-1).

Entonces, la Figura 1 indica que hay un cúmulo estelar muy joven (casi recién nacido), cuyos fotones energéticos están generando una región H II súper brillante, y con una nube de gas molecular sobre ellos. ¿Será posible que lo que estemos observando es un cúmulo estelar que se encuentra escapando de la nube molecular en la que se formó? ¿Será que el cúmulo está produciendo supervientos que están empujando esta densa nube molecular? ¡Hay que analizar a detalle las características de la nube para poder averiguarlo!

Esta nube de gas tiene una masa de 10⁵ M_Sol (para conocer cómo se calcula la masa de la nube de gas ve este astrobito). Además, está formada por dos componentes diferentes que se encuentran alejadas del cúmulo ionizante por tan sólo  1.7 pc y 0.6 pc, respectivamente (contornos rojos y azules de la Figura 2). Y por lo tanto, los fotones ionizantes que salen del cúmulo tienen libre paso en nuestra línea de visión, ya que no son obstruidos por las componentes de la nube molecular.

Escenario 1, gas cayendo hacia el cúmulo: otra opción es que esta nube molecular observada sea el remanente de dos nubes moleculares que tiempo atrás colisionaron y dieron origen a la formación del cúmulo estelar.

Escenario 2, supervientos: en caso de que esta nube de dos componentes está siendo empujada lejos del cúmulo por un superviento que se mueve impulsada por el momento del material gaseoso inyectado por las estrellas y supernovas. Además, este viento es altamente afectado por el enfriamiento radiativo (parte de la energía mecánica del viento se transforma en energía luminosa, disminuyendo así la velocidad del viento).

Conclusiones:

En este trabajo se demostró que el enfriamiento radiativo es un parámetro determinante para la evolución del superviento que expulsa el súper cúmulo estelar Mrk 71-A. Por lo que en el caso de que las nubes moleculares observadas estén siendo empujadas por un superviendo, éste será impulsado por el momento del gas estelar inyectado dentro del cúmulo. Así, dado que se piensa que el enfriamiento radiativo es despreciable en los supervientos asociados a las galaxias LyC, el resultado encontrado para Mrk 71-A indica que los supervientos no parecen ser una condición necesaria para el escape de fotones Lyman.

Entonces podemos continuar diciendo que los supervientos ayudan a los cúmulos a liberarse de su nube molecular natal, a dispersar elementos pesados fuera de las galaxias, pero en el Universo lejano no fueron capaces de cabar túneles para ayudar al escape de los fotones Lyman en las Galaxias Emisoras de Continuo Lyman.