El tenue velo de Andrómeda

Título del artículo científico: Andromeda’s tenuous veil: extensive nebular emission near (yet far from) M31

Autoría: A. Lumbreras-Calle, J. A. Fernández-Ontiveros, R. Infante-Sainz, M. Akhlaghi, B. Montoro-Molina, B. Pérez-Díaz, A. del Pino, H. Vives-Arias, A. Hernán-Caballero, C. López-Sanjuan, M. A. Martín-Guerrero, S. Eskandarlou, A. Ederoclite

Institución del primer autor: Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (CEFCA), Teruel, España

Estado: Enviado a Astronomy & Astrophysics

Un descubrimiento inesperado

Las nebulosas de gas ionizado se han detectado desde hace tiempo en galaxias lejanas usando grandes telescopios. La fuente de ionización puede ser regiones de formación estelar o AGN.  Hoy hablaremos de la nebulosa conocida como SDSO (por Strottner-Drechsler-Sainty Object, en honor a sus descubridores), que fue detectada inicialmente por astrónomos aficionados usando filtros de banda estrecha capaces de aislar la luz emitida por el oxígeno dos veces ionizado [O III]. El hecho de que utilizaron telescopios relativamente pequeños (comprados con los grandes telescopios profesionales), pero con un extenso campo de visión, les ayudó a detectar este objeto extendido en el cielo y débil. El SDSO se extiende por 1.5 grados del cielo (unas tres veces el diámetro de la luna). Lo más intrigante es que no se ha encontrado una contraparte clara en otras longitudes de onda, como Hα, rayos X, ultravioleta o infrarrojo, lo que la convierte en un objeto único y desafiante de explicar.

Estudios posteriores (este y este) mostraron velocidades de -10 km/s a -100 km/s (el signo negativo indica que se acerca a nosotros). Estos estudios parecían apuntar a que era un objeto extragaláctico, cercano a M31 (la famosa Galaxia de Andrómeda), pero no podían descartar completamente que se encontrara dentro de la Vía Láctea.

Para resolver este problema, en el estudio de que hablamos hoy (que tiene un título maravilloso, que utilizamos directamente para el astrobito), utilizaron dos telescopios: el JAST80 (Telescopio auxiliar de sondeo de Javalambre, por sus siglas en inglés) en el Observatorio Astrofísico de Javalambre (OAJ), en el Pico del Buitre, Aragón, España, y el Gran Telescopio Canarias (GTC), en la isla de La Palma, parte de las Islas Canarias, también en España.

El JAST80, al ser un telescopio destinado a sondeos, tiene una cámara de muy alta resolución (1.9k x 1.9k pixeles) destinado a hacer un sondeo del cielo de 8000 grados cuadrados. El campo de visión de la cámara abarca  1.4 x 1.4 grados, lo que casi cubre la totalidad de la nebulosa. Este instrumento se utilizó para obtener imágenes en las líneas de emisión de [O II] y Hα+[N II]. En cambio el GTC, es un instrumento mucho mayor (con 10.4 m de diámetro, actualmente el telescopio óptico más grande del mundo), que permite una mayor sensibilidad y ampliación de la imagen, pero limitado por un campo de visión mucho más pequeño. En el GTC, se usó el instrumento de espectroscopía de campo integral MEGARA, que permite obtener «imágenes» en las que cada pixel contiene un espectro de alta resolución, que permite obtener mucha más información que las imágenes de filtros. Ver figura 1.

Figura 1: Imagen de la nebulosa. La Galaxia de Andrómeda se observa arriba a la izquierda. El recuadro marca la zona observada con el telescopio JAST80. Los rectángulos verdes rodeados por círculos del musni color y etiquetados de P1 a P5, son los campos observados con GTC/MEGARA. Nótese la enorme diferencia en la extensión de cielo cubierta por los dos instrumentos. La imagen de fondo fue tomada por los astrónomos  aficionados  que  reportaron el descubrimiento. Crédito: Figura 1 del artículo.

¿Qué revelaron las observaciones?

Las imágenes en el filtro de la línea de [O II]λ3727 mostraron dos filamentos alargados y tenues que no coincidían exactamente con la emisión de [O III]. Estos filamentos están separados por unos 6 minutos de arco, lo que sugiere que la nebulosa está a una distancia de unos pocos kiloparsecs, dentro de la Vía Láctea (ver figura 2). La línea de [O II]λ3727 es emitida por átomos de oxígeno una vez ionizados, es decir que han perdido un electrón, mientras que las líneas de [O III] (por ejemplo [O III]λλ4959, 5007) son emitidas por átomos de oxígeno doblemente ionizados. Esto indica que provienen de regiones con unas condiciones de radiación ionizante más extremas. Comparar las emisiones de los dos iones de oxígeno nos da una idea de la diferencia en las condiciones físicas de las regiones en que cada ión reside.

Figura 2: Resultados de las observaciones obtenidas con el telescopio JAST80. Los contornos cían muestran la emisión de [O II]λ3727, mientras que los contornos rojos muestran la emisión de hidrógeno Hα. Nótense las estructuras con forma de filamento del oxígeno, que no coinciden con la distribución de Hα. La fotografía de fondo es la misma de la figura 1 y muestra la emisión de [O III] en cían y de Hα en rojo. Crédito: Figura 6 del artículo.

Por otro lado, los espectros obtenidos con MEGARA revelaron varias líneas de emisión, incluyendo [O III], Hβ, [N II] y [S II]. Las velocidades de recesión de estas líneas oscilan entre -6 y -30 km/s, muy diferentes de la velocidad sistémica de M31 (-300 km/s). Esto refuerza la idea de que la nebulosa no está asociada con Andrómeda, sino que es parte de nuestra galaxia.

Los anchos de las líneas de emisión son menores de 20 km/s, lo que descarta que la nebulosa sea un remanente de supernova o esté ionizada por choques. En cambio, estos valores son consistentes con nebulosas fotoionizadas, como regiones H II (regiones de formación estelar) o los filamentos de gas interestelar. Además, las razones de los flujos de las líneas de emisión, como [O III]/Hβ y [S II]/[N II], son consistentes con lo esperado de estructuras galácticas, pero no con lo observado en regiones de emisión extendida (EELRs, por sus siglas en inglés) en galaxias distantes (en general, regiones de gas ionizado en emisión lo suficientemente grandes para resolverse espacialmente en un telescopio, normalmente  asociadas con núcleos galácticos activos). 

Un misterio resuelto y otro abierto

La evidencia sugiere fuertemente que esta nebulosa no está asociada con la Galaxia de Andrómeda, sino que es una estructura dentro de la Vía Láctea. Lo más probable es que sea un filamento de gas interestelar, posiblemente ionizado por estrellas calientes o rayos cósmicos. Sin embargo, su naturaleza exacta sigue siendo un misterio, ya que no se ha identificado una fuente de ionización concreta en sus cercanías.

Este descubrimiento muestra la importancia de realizar observaciones profundas y de gran campo en el cielo, para estudiar objetos que por su extensión, pasarían desapercibidos o no pueden abarcarse por grandes telescopios con campos de visión estrechos. Futuros estudios espectroscópicos en otras regiones de la nebulosa podrían ayudar a determinar su origen y la causa de su ionización. Además, este hallazgo sugiere que podrían existir muchas más estructuras similares esperando ser descubiertas.