Una posible explicación para los misteriosos 'anillos de radio'

Un nuevo estudio considera que los ORC (extraños círculos de radio) surgen de la explosión en cadena de supernovas

Aparece un misterioso objeto en forma de anillo en el espacio profundo

Este es uno de los extraños círculos de radio detectados por los astrónomos Bärbel Koribalski / ASKAP

09/01/2024 a las 04:02h.

No siempre ocurre, pero mientras observan el cielo, los astrónomos se encuentran a veces con cosas que no saben explicar, objetos misteriosos o fenómenos desconocidos a los que nunca antes se habían enfrentado. Una de esas ocasiones se produjo en 2019, cuando el entonces recién ... terminado radiotelescopio ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder), un conjunto de 36 antenas de radio de 12 metros cada una, instaladas en pleno desierto australiano y que funcionan juntas como un único instrumento de 4.000 metros cuadrados, detectó algo que nadie hasta ese momento había visto: cuatro enormes objetos en forma de anillo, con un intenso brillo de radio y tan grandes que contenían galaxias enteras en su interior.

La comunidad internacional de astrónomos quedó perpleja y muchos se lanzaron de inmediato sobre el problema. ¿Qué podían ser esos anillos brillantes y casi perfectamente circulares? ¿Cómo y por qué se habían formado? ¿Qué efectos podrían tener en su entorno? Los intentos de explicación de estos nuevo objetos, bautizados como ORC, (Odd Radio Circles, Extraños Círculos de Radio), se multiplicaron, y en un artículo publicado en 2020 se llegaron a aventurar hasta once posibles explicaciones sobre su naturaleza, desde que eran simples brillos en las imágenes a que se trataba de deformaciones en el tejido mismo del espacio tiempo (anillos de Einstein) o puede que un nuevo tipo de resto de la explosión de una supernova.

Solo un año después, en 2021, el mismo equipo de astrónomos que descubrió los misteriosos anillos redujo las posibles explicaciones a tres: que podría haber otras galaxias alrededor del objeto central, demasiado débiles para ser captadas con los telescopios actuales; que el agujero negro supermasivo de esas galaxias estuviera consumiendo gas y polvo, produciendo enormes chorros de partículas y energía en forma de cono; o que algún evento explosivo desconocido y extraordinariamente energético en el centro de los anillos creara una onda expansiva que primero creció como una esfera y terminó al final en una estructura en forma de anillo. Pero ninguna de las tres soluciones ha resultado ser cierta.

Una explicación plausible

Ahora, cinco años después de su descubrimiento, un equipo de investigadores liderado por la astrofísica Alison Coil, de la Universidad de California, cree haber encontrado por fin la respuesta correcta: los misteriosos círculos son una especie de 'conchas' formadas por vientos galácticos de fuerza inusitada, desencadenados probablemente por el estallido en cadena de supernovas, la forma más violenta y explosiva en que pueden morir las estrellas. El trabajo se acaba de publicar en Nature.

Coil y sus colegas se centraron en las llamadas 'galaxias starburst', es decir, de 'estallido estelar'. Se trata de galaxias muy masivas y en las que la tasa de formación de nuevas estrellas es excepcionalmente alta, lo cual, en principio, favorece la generación de estos vientos ultra rápidos de salida. De hecho, cuando las estrellas mueren como supernovas expulsan violentamente su gas al medio interestelar. Y si un número suficiente de estrellas explotan unas cerca de otras y casi al mismo tiempo, la fuerza combinada de los estallidos puede llegar a empujar el gas fuera de la propia galaxia, a velocidades que alcanzan los 2.000 km por segundo.

Para que se de esta intensa actividad estelar, el interior de las 'galaxias starburst' tiene que ser por fuerza un lugar revuelto, caótico y donde las nubes de gas se mezclen y agiten continuamente, haciendo posible el nacimiento de un gran número de nuevas estrellas. Y un entorno así es, precisamente, el que se genera cuando dos galaxias chocan. La fusión galáctica, en efecto, empuja todo el gas y lo comprime en regiones muy pequeñas, lo que provoca un auténtico 'boom' de natalidad estelar. Estrellas muy masivas que nacen muy juntas, se queman rápidamente y que, al morir, suman sus fuerzas para expulsar sus gases en forma de vientos debocados.

Resolviendo el misterio

Los extraños círculos de radio (ORCs, Odd Radio Circles) no pudieron ser captados hasta 2019, cuando el recién inaugurado radiotelescopio ASKAP permitió escanear grandes porciones de cielo a la vez y su novedosa tecnología consiguió distinguirlos. Los ORC eran realmente enormes, de hasta cientos de kiloparsecs de ancho (un kiloparsec equivale a 3.260 años luz). Como referencia, la Vía Láctea tiene unos 30 kiloparsecs de diámetro.

Coil y su equipo pensaron que los misteriosos anillos de radio podrían ser las últimas etapas de las 'galaxias starburst' que llevaban tiempo estudiando. Y para comprobarlo se centraron en el estudio de ORC 4, el primero de los anillos que se descubrió, observable desde el hemisferio norte. Hasta ese momento, los ORC sólo se habían observado a través de sus emisiones de radio, sin ningún dato óptico. Pero el equipo de Coil utilizó un espectrógrafo de campo integral en el telescopio W.M. Keck, en Hawaii, para observar ORC 4, lo que reveló una enorme cantidad de gas comprimido, calentado y altamente luminoso, mucho más de lo que se puede observar en una galaxia promedio.

Con más preguntas que respuestas en su haber, el equipo comenzó a llevar a cabo una auténtica labor detectivesca. Utilizando datos de imágenes ópticas e infrarrojas, determinaron primero que las estrellas de la galaxia que hay dentro de ORC 4 tenían alrededor de 6 mil millones de años. «Hubo un estallido de formación estelar en esta galaxia, pero terminó hace aproximadamente mil millones de años», afirma Coil.

Después, Cassandra Lochhaas, del Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian, especializada en vientos galácticos y coautora del estudio, llevó a cabo una serie de simulaciones para replicar el tamaño y las propiedades del enorme anillo de radio. Las simulaciones mostraron que esos vientos galácticos duraron cerca de 200 millones de años antes de apagarse. Y cuando por fin se detuvieron, una onda de choque que seguía avanzando impulsaba gas a altas temperaturas fuera de la galaxia, creando un anillo de radio, mientras que otra onda de choque inversa enviaba gas más frío de regreso a la galaxia. La simulación completa abarcó un periodo de unos 750 millones de años.

«Para que esto funcione -explica Coil- se necesita una masa alta de gas de salida, lo que significa que se expulsa una gran cantidad de material muy rápidamente. Y el gas circundante justo fuera de la galaxia tiene que ser de baja densidad, de lo contrario la onda de choque se detiene. Estos son los dos factores clave. Resulta que las galaxias que hemos estado estudiando tienen estas altas tasas de masa de salida. Son raras, pero existen. Realmente creo que esto apunta a que los ORC se originan a partir de algún tipo de viento galáctico que fluye hacia fuera».

«Los ORC -concluye la investigadora- nos brindan una manera de 'ver' los vientos a través de datos de radio y espectroscopia. Lo cual puede ayudarnos a determinar qué tan comunes son estos vientos galácticos extremos y cuál es su ciclo de vida. Pero también pueden ayudarnos a aprender más sobre la evolución galáctica: ¿todas las galaxias masivas pasan por una fase ORC? ¿Las galaxias espirales se vuelven elípticas cuando ya no forman estrellas? Creo que hay mucho que podemos aprender tanto sobre como de los ORC».