Un “baby boom” galáctico podría ser el origen de los orcos espaciales

Datos del artículo científico del que hablaremos en este astrobito: Título: Ionized Gas Extended Over 40 kpc in an Odd Radio Circle Host Galaxy. Autoría: Alison L. Coil, Serena Perrotta, David S. N. Rupke, Cassandra Lochhaas, Christy A. Tremonti, Aleks Diamond-Stanic, Drummond Fielding, James Geach, Ryan C. Hickox, John Moustakas, Gregory H. Rudnick, Paul Sell, Kelly E. Whalen. Institución de la primera autora: Center for Astrophysics and Space Sciences, University of California. Estado: publicado en Nature, acceso abierto en arXiv.

La historia de la astronomía es, en buena medida, una sucesión de asombrosos descubrimientos para los que es necesario dar una explicación. Pero lo cierto es que nuestro conocimiento del Universo es aún incompleto y se siguen produciendo nuevos hallazgos incluso en la actualidad. Este es el caso de los protagonistas del astrobito de hoy: los recientemente descubiertos “inusuales círculos de radio” u ORC (de “odd radio circle”), acrónimo que en inglés también significa “orco”.

¿Qué produce los ORCs?

Los ORCs son enormes estructuras circulares observadas en longitudes de onda de radio, que en algunos casos parecen estar rodeando una galaxia. En la Figura 1 se muestra un ejemplo, el sistema conocido como ORC4. Estos objetos se descubrieron en 2019 gracias a un nuevo catálogo del cielo en radio, y no pueden verse en otras longitudes de onda como el óptico, infrarrojo o rayos X. De hecho, la radiación que producen es de tipo sincrotrón, que sólo aparece en radio y está relacionada con el movimiento de partículas cargadas (como electrones) en campos magnéticos.

A día de hoy se conocen menos de una decena de ORCs y todo apunta a que serían producidos por ondas de choque que se están alejando de la galaxia. Se cree que éstas se habrían producido como consecuencia de fenómenos extremos como la fusión de agujeros negros supermasivos o vientos galácticos, pero aún es necesario recabar más información para distinguir su verdadero origen.

Con este objetivo en mente, el equipo firmante del artículo de hoy estudia uno de estos objetos, el ORC4 (Figura 1). Curiosamente, utilizan el telescopio Keck II (Mauna Kea, Hawái) para obtener espectros ópticos, ya que aunque el ORC no es observable en este rango, sí que lo es la galaxia asociada. Y un mejor conocimiento de esta galaxia podría aportar pistas sobre el origen del ORC.

El caso particular de ORC4

Los datos obtenidos permiten estimar algunas propiedades de la galaxia asociada a ORC4: parece ser muy masiva y sin nacimientos de nuevas estrellas. De hecho, sus estrellas son antiguas y la mayoría podrían haber nacido del mismo episodio de formación, que terminó hace unos 1000 millones de años.

Por otro lado, encuentran nubes de gas de oxígeno ionizado en la zona gracias a que observan a la línea espectral [O II] (3726-3729 Å). Los resultados apuntan a que este gas se extiende alrededor de la galaxia hasta unos 20 kiloparsecs (Figura 2), mientras que el ORC se sitúa mucho más lejos de esta, a 200 kiloparsecs. Este gas puede producirse de diversas formas, pero dado que es mucho más abundante de lo habitual el equipo sugiere que se originó a partir del mismo fenómeno que dio lugar al ORC.

Así, proponen un modelo basado en que si suficientes estrellas mueren al mismo tiempo, la fuerza de sus explosiones combinadas puede expulsar enormes cantidades de gas de la galaxia a gran velocidad. Este fenómeno se conoce como “viento” y puede mantenerse activo durante millones de años generando múltiples ondas de choque. En este contexto, el equipo sugiere que las ondas de choque que se propagan “hacia adelante” (“forward shock”) recorrerán grandes distancias dando lugar finalmente al ORC. Por otro lado, algunas ondas de choque se moverían “hacia atrás” (“reverse shock”), arrastrando parte del gas de vuelta hacia la galaxia. Este gas sería precisamente el que produce la emisión de oxígeno detectada en ORC4.

Para poner a prueba el modelo, el equipo realiza una simulación informática de la evolución del viento eyectado de una galaxia aislada (Figura 3). Los resultados sugieren que las observaciones de ORC4 encajan con el escenario propuesto bajo dos condiciones: en primer lugar, que el medio que rodea la galaxia sea relativamente bajo, para que el gas expulsado pueda recorrer grandes distancias. Y segundo, que se eyecte gran cantidad de masa en un breve lapso de tiempo.

¿Baby boom como origen de los ORC?

En el modelo propuesto, esta gran eyección de gas es debida a las explosiones más o menos simultáneas asociadas a la muerte de un gran número de estrellas masivas. Sin embargo, una sincronización a tan gran escala no es habitual, ya que si las estrellas de una galaxia se van formando escalonadamente, sus muertes serán también progresivas. Por lo tanto, la muerte simultánea de tantas estrellas requiere que todas ellas provengan de un mismo episodio de formación, como un “baby boom”.

Estos “brotes” de formación estelar pueden ocurrir debido a la fusión de galaxias, lo que genera estrellas a ritmos muy superiores a lo habitual en las llamadas “galaxias con brote estelar”. Así, el equipo investigador sugiere que los ORCs que vemos hoy podrían ser una consecuencia a largo plazo en galaxias que en el pasado sufrieron fenómenos parecidos a este.

Sin embargo, aunque se trata de un modelo muy prometedor, aún quedan muchas preguntas por resolver sobre los ORCs: ¿aparecerán en el futuro en galaxias donde hay “baby booms” actualmente? ¿Pueden producirse si la formación estelar es menos extrema? ¿Cómo se forman los ORCs en los que no hay galaxia asociada? La búsqueda de las respuestas a estas preguntas requerirá nuevas observaciones y numerosos análisis, pero desde luego proporcionará nueva y valiosa información para comprender mejor la evolución de las galaxias en nuestro Universo.