FAST descubre dos misteriosas nubes de hidrógeno sin estrellas cerca de la galaxia M51

Astrónomos han encontrado dos nubes de hidrógeno cerca de la galaxia Whirlpool que parecen no contener casi ninguna estrella. Las nubes, descubiertas con el telescopio de radio chino FAST, cada una contiene aproximadamente tres millones de veces la masa del sol en hidrógeno pero no tienen contraparte óptica detectable. Sus propiedades se describen en un nuevo artículo publicado en la revista Astronomy & Astrophysics el 4 de agosto.

Según el modelo estándar Lambda Cold Dark Matter (LCDM) del universo, la estructura se forma jerárquicamente: primero se forman pequeños halos de materia oscura, luego se fusionan para construir halos más grandes y galaxias. Pero no se espera que cada halo de materia oscura se convierta en galaxia porque varios procesos pueden suprimir la formación de estrellas en masas suficientemente bajas.

Si el potencial gravitacional de un halo es débil, las estrellas pueden no formarse. Si el gas no es lo suficientemente denso y frío, no puede colapsar en estrellas. El gas puede ser calentado por el fondo ultravioleta, que está compuesto por radiación difusa de cuásares y estrellas en todo el universo. Esto lleva a una población de halos de materia oscura que contienen gas de hidrógeno neutro pero pocas o ninguna estrella.

En este trabajo, liderado por Qingze Chen de los Observatorios Nacionales Chinos de la Academia China de Ciencias, los investigadores probaron esta idea: un pequeño halo de materia oscura que retuvo algo de gas después de la reionización cósmica pero cuyo gas nunca se volvió lo suficientemente frío y denso para formar estrellas porque fue calentado por radiación ultravioleta. Lo llaman la nube de hidrógeno neutro limitada por reionización, o RELHIC.

Para ser clasificada como RELHIC, una nube de hidrógeno sobreviviente debe ser compacta, aproximadamente esférica, mostrar líneas espectrales estrechas con velocidades alrededor de 20 kilómetros por segundo y no tener componente estelar detectado en longitudes de onda ópticas. LCDM predice una enorme población de halos de materia oscura de baja masa. Hasta ahora, solo un puñado de tales nubes sin estrellas han sido identificadas.

Los investigadores buscaron señales de radio de 21 centímetros, firmas reveladoras de hidrógeno neutro. Utilizaron observaciones de hidrógeno neutro del telescopio esférico de apertura de quinientos metros (FAST), específicamente la encuesta FEASTS.

Analizaron 55 galaxias en la muestra FEASTS para identificar objetos que cumplieran las condiciones para nubes de hidrógeno. Solo dos objetos, la Nube N y la Nube S, en toda la muestra pasaron los criterios.

Ambos tienen una masa de hidrógeno de aproximadamente tres millones de masas solares y una masa total del halo de 3.700 millones de masas solares. Esta gran proporción entre la masa del gas y la masa total del halo coincide estrechamente con las predicciones teóricas para tales sistemas. “Ambos son compatibles con el marco RELHIC”, escriben los investigadores en el artículo.

Curiosamente, ambas se encuentran a unos 70-90 kiloparsecs (228.000-293.000 años luz) del centro de M51, conocida como la galaxia Whirlpool. “Dado que M51 es un sistema interactuante bien conocido, una preocupación principal es si la Nube S y la Nube N podrían ser escombros de marea”, señalan.

Los investigadores no pueden descartar completamente la posibilidad de que las nubes sean en cambio escombros producidos por interacciones continuas entre galaxias en el sistema M51. Se necesitarán observaciones de radio de mayor resolución para determinar si estos objetos son verdaderamente halos de materia oscura sin estrellas o restos de una colisión galáctica.