Anillos en los que nacen estrellas

Sébastien Comerón / 04-06-2010

Los bulbos de las galaxias espirales son conocidos por ser las madrigueras en las que se ocultan los agujeros negros súpermasivos. Pero además de estos objetos exóticos que tan poderosamente han llamado la atención de los científicos y de los novelistas de ciencia ficción, los bulbos de las galaxias hospedan a otros sorprendentes invitados: uno de los más espectaculares que se pueden encontrar son los anillos nucleares de formación estelar.

Imagínese que rodeando al agujero negro se encuentra un inmenso toro (un donut, vamos) de gas de varios centenares o unos pocos miles de años luz de radio. Imagínese que la totalidad del toro está en plena ebullición, que en sus zonas más densas se forman miles y millones de estrellas que ionizan y hacen brillar el gas que las rodea. Imagínese un paisaje infernal a la vez que arrebatadoramente bello. Pues eso que está imaginando es lo que ahora mismo se puede ver en aproximadamente un 20% de los bulbos de las galaxias espirales.

Los anillos nucleares de formación estelar pueden llegar a acaparar un 5% o más de la formación estelar de una galaxia. Si bien a escala humana, su tamaño, de centenares de años luz, es una barbaridad, a escala galáctica es más bien escaso pues el diámetro de una galaxia espiral “normalita” es de unos cien mil años luz. ¿Cómo es posible que se formen tantas estrellas en una región que es ridículamente pequeña comparada con el tamaño de una galaxia? Para encontrar la respuesta tendremos que recurrir a una analogía con un fenómeno mucho más cercano que se produce en nuestro propio Sistema Solar.

El cinturón de asteroides contiene miles de pequeños cuerpos rocosos que orbitan entre Marte y Júpiter. La región con más alta concentración de asteroides es la que se conoce como “cinturón principal” e incluye los cuerpos con órbitas no muy elípticas cuyos radios van de las 2,06 a las 3,27 unidades astronómicas (una unidad astronómica se define como la distancia promedio entre la Tierra y el Sol).

En 1857, el astrónomo norteamericano Daniel Kirkwood se dio cuenta de que dentro del cinturón principal había órbitas despobladas en las que parecía no haber asteroides. Sus cálculos indicaban que si estas órbitas estuvieran pobladas, su periodo guardaría una razón sencilla con el periodo de la órbita de Júpiter. Por ejemplo, las órbitas con un radio de 2,5 unidades astronómicas estarían en la órbita 3:1 con Júpiter, cosa que significa que por cada tres órbitas que diera el asteroide, Júpiter daría una. Si un asteroide se encontrara en esa órbita, tendría momentos de máximo acercamiento a este planeta siempre en el mismo punto, con lo que el gigante gaseoso le daría empujones gravitatorios siempre desde la misma posición y en el mismo sentido, expulsándolo hacia otras regiones del cinturón. Lo mismo ocurre con las órbitas que están en otras razones simples, como las 2:7, las 3:8, las 2:5 y las 3:7. Si la razón entre el periodo de la órbita del asteroide y la de Júpiter no fuera sencilla, la órbita no se vaciaría, ya que el asteroide recibiría empujones gravitatorios en lugares aleatorios de la órbita, con lo que la suma promedio de dichos empujones sería cero. Este fenómeno que causa que se vacíen órbitas es llamado “resonancia” y se dice que las órbitas vacías debido a la interacción con Júpiter son órbitas resonantes.

En las galaxias espirales ocurre un fenómeno parecido a éste. ¿Quién hace de Júpiter? Pues perturbaciones en la simetría del disco de la galaxia como serían la presencia de fuertes brazos espirales o las barras. Dichas perturbaciones “limpian” de gas unas órbitas al mandarlo a otras, como a las de los anillos nucleares. Una vez se ha acumulado suficiente gas en ellos (su densidad gaseosa alcanza valores lo suficientemente elevados), empiezan a formarse estrellas. Como las estructuras que causan las resonancias, las barras y los fuertes brazos espirales, tienen una duración de vida de centenares o miles de millones de años, el aporte de gas es continuo y los anillos nucleares de formación estelar pueden prevalecer en el tiempo.

¿Y por qué es importante el estudio de los anillos nucleares de formación estelar? Durante años se creyó que todos los bulbos de las galaxias espirales se parecían en sus propiedades y el mecanismo de formación a las galaxias elípticas: los bulbos se habían formado por la fusión de galaxias en momentos tempranos de la historia del Universo. Ahora sabemos que existe una familia de bulbos que no se asemejan en nada a las galaxias elípticas y cuyas propiedades son más similares a las de los discos. Y se cree que estos bulbos son el producto de la lenta evolución del disco de la galaxia, contrariamente a los bulbos “clásicos”, que se habrían formado debido a colisiones cataclísmicas.

¿Cuáles son los mecanismos de creación y de evolución de este “nuevo” tipo de bulbos? Todavía no se sabe a ciencia cierta, pero no cabe la menor duda de que la acumulación de tanto gas en un anillo y su posterior transformación en estrellas juega un importante papel en la evolución de las zonas más internas de las galaxias. Científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), que han liderado un estudio sobre este tema, han finalizado recientemente el atlas más completo de anillos nucleares que existe. Lo han bautizado AINUR (Atlas of Images of NUclear Rings, Atlas de imágenes de anillos nucleares), e incluye imágenes y mediciones de las propiedades físicas de 113 “ejemplares”. Si bien el rompecabezas de la evolución de las galaxias está todavía lejos de ser resuelto en sus más mínimos detalles, es cierto que en nuestras manos tenemos identificadas algunas de sus piezas y que ahora nos toca encajarlas en el lugar adecuado. Y seguro que los anillos nucleares de formación estelar tendrán su importancia en la comprensión de la evolución de los bulbos galácticos.

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El autor

Sébastien Comerón es Licenciado en Física por la Universidad de Barcelona y actualmente es becario de doctorado en el Instituto de Astrofísica de Canarias.

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