Galaxia con estallido de estrellas

Una galaxia con brotes de formación estelar es una galaxia que experimenta una tasa excepcionalmente alta de formación de estrellas , en comparación con la tasa promedio de formación de estrellas a largo plazo en la galaxia , o la tasa de formación de estrellas observada en la mayoría de las otras galaxias.

Por ejemplo, la tasa de formación de estrellas de la Vía Láctea es de aproximadamente 3 M _☉ /año, mientras que las galaxias con brotes de formación estelar pueden experimentar tasas de formación estelar de 100 M _☉ /año o más. ^[1] En una galaxia con brotes de formación estelar, la tasa de formación estelar es tan grande que la galaxia consume todo su depósito de gas, a partir del cual se forman las estrellas, en una escala de tiempo mucho más corta que la edad de la galaxia. Como tal, la naturaleza de brote estelar de una galaxia es una fase, y una que típicamente ocupa un breve período de la evolución de una galaxia . La mayoría de las galaxias con brotes de formación estelar están en medio de una fusión o encuentro cercano con otra galaxia. Las galaxias con brotes de formación estelar incluyen M82 , NGC 4038/NGC 4039 (las Galaxias Antena) e IC 10 .

Las galaxias con brotes de formación estelar se definen por estos tres factores interrelacionados:

1. La velocidad a la que actualmente la galaxia está convirtiendo gas en estrellas (tasa de formación estelar o SFR).
2. La cantidad disponible de gas a partir de la cual se pueden formar estrellas.
3. Una comparación de la escala de tiempo en la que la formación de estrellas consume el gas disponible con la edad o el período de rotación de la galaxia.

Las definiciones comúnmente utilizadas incluyen:

• Formación estelar continua, donde la actual SFR agotaría la reserva de gas disponible en mucho menos tiempo que la edad del Universo (el Tiempo de Hubble).
• Formación estelar continua, donde la tasa de formación estelar actual agotaría el reservorio de gas disponible en mucho menos tiempo que la escala de tiempo dinámica de la galaxia (quizás un período de rotación en una galaxia de tipo disco).
• La tasa de natalidad actual, normalizada por la tasa de natalidad promedio del pasado, es mucho mayor que la unidad. Esta relación se denomina "parámetro de tasa de natalidad".

Las fusiones y las interacciones de marea entre galaxias ricas en gas desempeñan un papel importante en el impulso de los brotes de formación estelar. Las galaxias en medio de un brote de formación estelar con frecuencia muestran colas de marea , una indicación de un encuentro cercano con otra galaxia, o están en medio de una fusión. La turbulencia, junto con las variaciones de tiempo y espacio, hacen que el gas denso dentro de una galaxia se comprima y aumente rápidamente la formación de estrellas. La eficiencia con la que se forma la galaxia también aumenta su SFR. Estos cambios en la tasa de formación estelar también llevaron a variaciones con el tiempo de agotamiento, y alimentan un brote de formación estelar con sus propios mecanismos galácticos en lugar de fusionarse con otra galaxia. ^[3] Las interacciones entre galaxias que no se fusionan pueden desencadenar modos de rotación inestables, como la inestabilidad de barra, que hace que el gas se canalice hacia el núcleo y encienda estallidos de formación estelar cerca del núcleo galáctico. Se ha demostrado que existe una fuerte correlación entre el desequilibrio de una galaxia y la juventud de su población estelar, y que las galaxias más asimétricas tienen poblaciones estelares centrales más jóvenes. ^[4] Como el desequilibrio puede ser causado por interacciones de marea y fusiones entre galaxias, este resultado proporciona más evidencia de que las fusiones y las interacciones de marea pueden inducir la formación de estrellas centrales en una galaxia y provocar un brote estelar.

La clasificación de los tipos de galaxias con brotes de formación estelar es difícil, ya que estas no representan un tipo específico en sí mismas. Los brotes de formación estelar pueden ocurrir en galaxias de disco y las galaxias irregulares a menudo presentan nudos de brotes de formación estelar repartidos por toda la galaxia irregular. Sin embargo, los astrónomos suelen clasificar las galaxias con brotes de formación estelar en función de sus características observacionales más distintivas. Algunas de las categorizaciones incluyen:

• Galaxias compactas azules (BCG, por sus siglas en inglés). Estas galaxias suelen ser objetos de baja masa y baja metalicidad, libres de polvo. Como no tienen polvo y contienen una gran cantidad de estrellas jóvenes y calientes, suelen ser azules en los colores óptico y ultravioleta. Inicialmente se pensó que las BCG eran galaxias realmente jóvenes en proceso de formación de su primera generación de estrellas, lo que explica su bajo contenido de metales. Sin embargo, se han encontrado poblaciones estelares antiguas en la mayoría de las BCG, y se cree que una mezcla eficiente puede explicar la aparente falta de polvo y metales. La mayoría de las BCG muestran signos de fusiones recientes y/o interacciones cercanas. Entre las BCG bien estudiadas se encuentran IZw18 (la galaxia más pobre en metales conocida), ESO338-IG04 y Haro11.
  • Las galaxias enanas compactas azules (galaxias BCD) son galaxias pequeñas y compactas.
  • Las galaxias Green Pea (GP) son galaxias pequeñas y compactas que se parecen a brotes de formación estelar primigenios. Fueron descubiertas por científicos ciudadanos que participaron en el proyecto Galaxy Zoo .
• Galaxias infrarrojas luminosas (LIRG).
  • Galaxias infrarrojas ultraluminosas (ULIRG). Estas galaxias son generalmente objetos extremadamente polvorientos. La radiación ultravioleta producida por la formación estelar oscurecida es absorbida por el polvo y reirradiada en el espectro infrarrojo en longitudes de onda de alrededor de 100 micrómetros. Esto explica los colores rojos extremos asociados con las ULIRG. No se sabe con certeza si la radiación UV es producida únicamente por la formación estelar, y algunos astrónomos creen que las ULIRG son alimentadas (al menos en parte) por núcleos galácticos activos (AGN). Las observaciones de rayos X de muchas ULIRG que penetran el polvo sugieren que muchas galaxias con brotes de formación estelar son sistemas de doble núcleo, lo que respalda la hipótesis de que las ULIRG son alimentadas por la formación estelar desencadenada por grandes fusiones. Entre las ULIRG bien estudiadas se encuentra Arp 220 .
  • Galaxias infrarrojas hiperluminosas (HLIRG), a veces llamadas galaxias submilimétricas.

• Galaxias Wolf-Rayet (galaxias WR), galaxias en las que una gran parte de las estrellas brillantes son estrellas Wolf-Rayet . La fase Wolf-Rayet es una fase relativamente breve en la vida de las estrellas masivas, normalmente el 10% de la vida total de estas estrellas ^[7] y, como tal, es probable que cualquier galaxia contenga pocas de ellas. Sin embargo, debido a que las estrellas son luminosas y tienen características espectrales distintivas, es posible identificarlas en los espectros de galaxias enteras y, al hacerlo, se pueden establecer buenas restricciones sobre las propiedades de los brotes de formación estelar en estas galaxias.

En primer lugar, una galaxia con brotes de formación estelar debe tener una gran cantidad de gas disponible para formar estrellas. El brote en sí puede ser provocado por un encuentro cercano con otra galaxia (como M81/M82), una colisión con otra galaxia (como las Antenas) o por otro proceso que empuje material hacia el centro de la galaxia (como una barra estelar).

El interior de la formación estelar es un entorno bastante extremo. Las grandes cantidades de gas hacen que se formen estrellas masivas. Las estrellas jóvenes y calientes ionizan el gas (principalmente hidrógeno ) que las rodea, creando regiones H II . Los grupos de estrellas calientes se conocen como asociaciones OB . Estas estrellas brillan y arden rápido, y es muy probable que exploten al final de sus vidas como supernovas .

Después de la explosión de una supernova, el material expulsado se expande y se convierte en un remanente de supernova . Estos remanentes interactúan con el entorno circundante dentro de la explosión estelar (el medio interestelar ) y pueden ser el sitio de formación de máseres naturales .

El estudio de las galaxias con brotes de formación estelar cercanas puede ayudarnos a determinar la historia de la formación y evolución de las galaxias. Se sabe que un gran número de las galaxias más distantes observadas, por ejemplo, en el Campo Profundo del Hubble son brotes de formación estelar, pero están demasiado lejos para ser estudiadas en detalle. Observar ejemplos cercanos y explorar sus características puede darnos una idea de lo que estaba sucediendo en el universo primitivo cuando la luz que vemos de estas galaxias distantes las abandonó cuando el universo era mucho más joven (ver corrimiento al rojo ). Sin embargo, las galaxias con brotes de formación estelar parecen ser bastante raras en nuestro universo local y son más comunes más lejos, lo que indica que hubo más de ellas hace miles de millones de años. Todas las galaxias estaban más cerca unas de otras en ese entonces y, por lo tanto, era más probable que estuvieran influenciadas por la gravedad de las demás. Los encuentros más frecuentes produjeron más brotes de formación estelar a medida que las formas galácticas evolucionaron con el universo en expansión.

M82 es el ejemplo típico de galaxia con brotes de formación estelar. Su alto nivel de formación estelar se debe a un encuentro cercano con la espiral cercana M81. Los mapas de las regiones realizados con radiotelescopios muestran grandes corrientes de hidrógeno neutro que conectan las dos galaxias, también como resultado del encuentro. ^[9] Las imágenes de radio de las regiones centrales de M82 también muestran una gran cantidad de remanentes de supernovas jóvenes, que quedaron atrás cuando las estrellas más masivas creadas en el brote de formación estelar llegaron al final de sus vidas. Las Antenas es otro sistema de brotes de formación estelar, detallado en una imagen del Hubble, publicada en 1997. ^[10]

• 
  En NGC 3125 se produce una cantidad inusualmente alta de formación de nuevas estrellas. ^[15]
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  Galaxia con formación estelar MCG+07-33-027. ^[16]
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  J125013.50+073441.5 tomada por Hubble como parte de un estudio llamado LARS (Lyman Alpha Reference Sample) ^[17]
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  Actividad de formación estelar en la región central de la cercana galaxia enana NGC 1569 (Arp 210). Imagen tomada por el telescopio espacial Hubble .
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  Desde nuestra posición, a 12.200 millones de años luz de distancia, se puede observar que la galaxia Baby Boom crea 4.000 estrellas al año. Crédito: NASA .
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  La galaxia NGC 4449 es actualmente un brote estelar global , con actividad de formación estelar extendida por toda la galaxia.
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  Explosiva formación estelar en la galaxia HXMM01 , actualmente en proceso de fusión, a 11 mil millones de años luz de distancia. Capturada por la NASA .
• 
  Imagen de la galaxia Centaurus A obtenida combinando imágenes del telescopio MPG/ESO y del Observatorio de rayos X Chandra . Es el único caso conocido de una galaxia con " estallido estelar elíptico ".

• Galaxia activa  : región compacta en el centro de una galaxia con una luminosidad anormalmente alta

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• "Chandra :: Guía de campo de fuentes de rayos X :: Galaxias con formación estelar". chandra.harvard.edu . Consultado el 29 de diciembre de 2007 .
• Kennicutt, RC; Evans, NJ (2012). "Formación estelar en la Vía Láctea y galaxias cercanas". Revista anual de astronomía y astrofísica . 50 : 531–608. arXiv : 1204.3552 . Código Bibliográfico :2012ARA&A..50..531K. doi :10.1146/annurev-astro-081811-125610. S2CID  118667387.
• Weedman, DW; Feldman, FR; Balzano, VA; Ramsey, LW; Sramek, RA; Wuu, C. -C. (1981). "NGC 7714 – el prototipo de núcleo galáctico con formación de estrellas". The Astrophysical Journal . 248 : 105. Bibcode :1981ApJ...248..105W. doi :10.1086/159133.