Nuestra galaxia es del tipo espiral. Esto significa que sus
estrellas más jóvenes y luminosas se distribuyen dentro de un volumen muy
achatado formando brazos espirales. El diámetro de la Galaxia es de
alrededor de 25.000 parsec (1 parsec = 1 pc ~ 3,26 años luz; la distancia
Tierra-Sol, al ser de unos 150.000.000 de km, es de apenas unos 8 minutos luz.
La distancia media a la Luna es de aproximadamente 1,3 segundos luz). El sistema
solar ocupa en la Galaxia una posición más bien periférica, a unos 8.000 pc
del centro galáctico. En el cielo, a consecuencia de la posición del Sol
dentro de la Galaxia, ésta, a simple vista se ve proyectada en la bóveda
celeste como una densa y compleja faja luminosa extendida a lo largo de un
círculo máximo. Es la Vía Láctea, así designada desde la
antigüedad. El círculo máximo sobre la bóveda celeste, define para nosotros
el plano galáctico y la latitud galáctica b = 0°, en tanto que la
dirección del centro galáctico define la longitud galáctica l = 0º.
En la Galaxia el espacio entre las estrellas no está vacío
sino que contiene el medio interestelar. Éste consta de una mezcla de gases
y polvo de abundancias y distribuciones variadas, amén de contener campos
magnéticos. El elemento químico más abundante en el medio interestelar
es, por mucho, el hidrógeno (H), seguido por el helio (He). La mezcla de gases
y polvo posee densidades medias muy bajas, cercanas a 10-24 g/cm3.
Esta densidad es mucho menor que las densidades más bajas logradas en los
mejores vacíos de laboratorio. Pese a esta baja densidad y gracias al enorme
volumen ocupado, la abundancia total del material interestelar en la Galaxia se
estima en 5-10% de la masa de todas sus estrellas. El medio interestelar se
encuentra formando aglomerados conocidos como nubes interestelares,
concentrados preferentemente cerca del plano galáctico, a bajas latitudes
galácticas y alturas |z| menores que unos 100-150 pc. A su vez, las
nubes se encuentran inmersas en un medio interestelar menos denso y de
distribución espacial más amplia conocido como medio internubes. Este
último podría extenderse a grandes distancias |z| del plano galáctico. Como
veremos más abajo, el gas contenido en el medio interestelar se presenta en
diversas fases, cada una de ellas con dimensiones y características físicas
propias.
También se observan nubes interestelares a latitudes galácticas intermedias y altas. Generalmente
se trata de nubes cercanas, a distancias de unos pocos centenares de pc del Sol.
Sus latitudes galácticas no son bajas, simplemente por un efecto geométrico.
La masa total del polvo interestelar es mucho menor que la de los gases: es
cercana al 1% de la de éstos. El polvo está constituido por partículas
microscópicas de tamaños típicos que están entre a ~ 10 Ả,
conformando moléculas de unos 102 átomos y a ~ 1000 Ẩ,
conformando partículas de unos 109 átomos (1 Ẩ = 10-8
cm; para comparar: El radio del átomo de H, el más simple y pequeño de la
Naturaleza, es 0,53 Ẩ en el estado fundamental).
A pesar de su baja abundancia relativa, el polvo contenido en
las nubes interestelares afecta mucho su transparencia, dado que absorbe la
radiación electromagnética en el visible y en el ultravioleta. Así, las nubes
más cercanas, cuando son muy densas, absorben la casi totalidad de la luz
estelar proveniente de las estrellas situadas por detrás, comportándose como
una especie de niebla. Ejemplos muy conocidos son el Saco de Carbón
cerca de la Cruz del Sur y las nubes oscuras de Tauro. En estos lugares
el cielo aparece muy oscuro ("agujeros en el cielo", como los tildara
William Herschel al descubrirlos en el siglo XVIII).
Como se comprende por las cifras mencionadas hasta aquí, el
espacio interestelar constituye un verdadero laboratorio cósmico con
condiciones físicas prácticamente imposibles de obtener en los laboratorios
terrestres. La importancia astronómica del estudio del material interestelar
reside en que éste, a pesar de su baja abundancia relativa, constituye la
materia prima para la formación de las nuevas estrellas. En efecto, las
estrellas jóvenes, muy luminosas (de tipo espectral O ó B), y de alta masa M
(digamos entre 3 y 65 Mo, siendo Mo = 2,0 x 1033 gramos
la masa del Sol), se alinean a lo largo de los brazos espirales de la
Galaxia. Forman las llamadas asociaciones estelares. Éstas siempre se
observan en la vecindad de grandes masas de material interestelar. Esto también
sucede con los objetos protoestelares o pre-estrellas, que dan origen a
las estrellas menos luminosas y de masas menores (~ 0,03-3 Mo). La
opinión generalizada hoy en día es que las estrellas se forman del material
interestelar en asociaciones o en cúmulos, más que en forma totalmente aislada
(ver por ej. Pudritz, 2001, en 'From Darkness to Light', ASP, vol. 243,
p. 1, T. Montmerle y Ph. André, edts.).
En zonas donde hubo formación estelar, el material
interestelar dista mucho de comportarse como un fluido homogéneo. Tampoco se
encuentra en equilibrio hidrostático. Además, está inmerso en el campo
magnético galáctico. Así, en el medio interestelar se presentan
fenómenos magnetohidrodinámicos muy complejos con ondas de choque
propagándose a velocidades supersónicas, originadas en los flujos bipolares y
los vientos estelares de las estrellas recién formadas, en la formación y
expansión de burbujas interestelares limitadas por delgadas cáscaras de
densidad relativamente alta, en los frentes de ionización producidos por la
radiación ultravioleta de estrellas nuevas de alta masa, en las explosiones de
supernovas, etc. Es lo que se conoce como el medio interestelar
"violento".
Mencionemos aquí que una estrella ya formada, con sus mecanismos internos de producción de energía térmica y radiativa funcionando
a partir de procesos nucleares en "estado quasiestacionario" (lo que los astrónomos llaman una estrella ubicada en la secuencia principal), desde el
punto de vista físico simplemente es un fluido o plasma que puede considerarse aproximadamente en equilibrio hidrostático, cuya estructura interna y cuyas
características físicas observables clásicamente (la luminosidad y el espectro) son predecibles en principio, a partir tan sólo de los
valores de la masa y de la composición química iniciales. Esto se logra mediante la resolución de un sistema de ecuaciones diferenciales basado en los
principios y leyes de la física y de la química.
Integran el brazo local un grupo muy variado de sistemas
estelares e interestelares, como ser asociaciones de estrellas OB, nubes
moleculares gigantes, regiones HII, cúmulos galácticos, etc. Las primeras
evidencias para el trazado de los brazos espirales dentro de nuestra
Galaxia se remontan a la década del 50. Comprendían, el conocimiento de la
distribución de pequeñas porciones de los brazos de Sagitario, de Orión y de
Perseo en orden creciente de distancias al centro galáctico. Estos brazos
también se designan -I, 0 y I, respectivamente. Sin embargo, el llamado brazo
local no resultó ser un auténtico brazo espiral, como los que pueden definir
la estructura espiral global de la Galaxia por medio de las estrellas jóvenes y
brillantes. Ello se debe a que la dirección de tangencia al brazo local forma
un ángulo de unos 20º con la dirección de la rotación galáctica. Este valor
es demasiado grande como para poder entenderse en el contexto de las teorías de
estructura espiral galáctica. Consecuentemente, el brazo local sólo sería un spur
o filete o conexión interbrazos. Su extensión, si bien
considerable, no lo sería a escala galáctica, no superando algunos miles de
pc.
El brazo local plantea dos incógnitas importantes: 1º) el
conocimiento detallado de su extensión y la distribución espacial de sus
estrellas jóvenes y su material interestelar, 2º) su origen, dado que su edad
sería de tan sólo 60 millones de años (Wielen, 1973, A&A 25,
285; Palous et al., 1977, A&A 61, 27). [Para comparar: la edad
de la Tierra y del sistema solar es de unos 4.500 millones de años (de las
rocas más antiguas y meteoritos; el Sol sería algo más viejo); el período
de rotación alrededor del centro galáctico es de unos 230 millones de
años (en los alrededores del sistema solar); la edad de la Galaxia de
unos 12.000 millones de años (de los cúmulos globulares más viejos), la edad
del universo de alrededor de 14.000 millones de años (de las estimaciones
más probables al presente)].
Según Porcel et al. (1998, A&A 332, 71),
en el hemisferio norte el brazo local se ve tangencialmente en la dirección l
~70º (Cygnus). Su extensión longitudinal sería de unos 3.000 pc. Su altura
media z sobre el plano galáctico sería de unos +70 pc y su ancho medio
transversal paralelo de unos 200 pc. Los correspondientes valores para la
inmediata vecindad del Sol decrecen a 0 y 60 pc, respectivamente. En la
dirección opuesta (l ~250º, Orión) el brazo se inclina hacia el
hemisferio galáctico sur (z < 0). Considerado a mayor escala, el
brazo local estaría fraccionado en trozos alineados o "shingles",
(Quiroga y Schlosser, 1977, A&A 57, 455), manteniéndose
aproximadamente paralelo al plano galáctico.
Por otra parte, en el siglo XIX, mucho antes de saberse del
brazo local, tanto Sir John Herschel sobre la base de observaciones hechas en
Sudáfrica y publicadas en 1847, como posteriormente Benjamin Gould sobre la
base de observaciones hechas en Córdoba, mencionaron un fenómeno singular.
Entre las estrellas más brillantes, a
simple vista se destaca un grupo
que se extiende aproximadamente a lo largo de una faja
inclinada unos
18º respecto del plano galáctico (ver por ej. Gould, 1879, Resultados Obs.
Nac. Argentino tomo I, Uranometría Argentina, p. 354.
En las
Figuras 3a y 3b se reproduce un extracto de esta monumental obra de Gould).
Este fenómeno se distingue mucho mejor en el hemisferio sur celeste, lo que explica lo
relativamente tardío de su descubrimiento. La faja se extiende aproximadamente
sobre un círculo máximo.
Estudios detallados posteriores han mostrado que las
estrellas de este grupo son, además de relativamente cercanas, intrínsecamente
muy luminosas y jóvenes formando un grupo de distribución espacial
aplanada, relativamente extenso y de características cinemáticas muy
particulares, que sugieren su expansión. De ahí que en tiempos más
recientes este grupo de estrellas fuera considerado como una especie de
apéndice del brazo local, ubicado en relativa cercanía del Sol. Se lo
conoce como el Cinturón de Gould (CG).
El CG es claramente distinguible del resto del brazo
local debido a su llamativa inclinación de unos 18º-20° respecto del plano
galáctico. La edad del CG se estima en 30 a 60 millones de años
(Blaauw, 1983, Irish Astron. J. 16, 141 y 1985, IAU Symp. 106,
335; Westin, 1985, A&AS 60, 99; Torra, Fernández y Figueras, 2000,
A&A 359, 82). El CG se destaca claramente por sus numerosas
estrellas de tipos espectrales O a B2,5. El resto de sus estrellas, al ser mucho
menos luminosas, se confunden con las estrellas del brazo local de manera que
sólo la aplicación de un criterio cinemático y estadístico puede decidir
cuáles de estas estrellas le pertenecen. [Para recordar: las estrellas de tipo
espectral B3 o más temprano tienen masas M aproximadamente mayores que
8,8 Mo, alcanzan vidas de duración media τ
≤ 22 x 106 años, y ocurren en la Galaxia con
abundancias relativas inferiores a 1 en 10.000 comparadas con las de las
estrellas de masas M ≤ 1 Mo, que son las más abundantes].
En la
Figura 4 puede verse la distribución de las estrellas de tipo
espectral B de magnitud visual más brillante que 5,25 en un planisferio de
coordenadas galácticas, según Shapley y Miss Cannon. La curva representa el
círculo máximo de mayor concentración de tales estrellas (de McCuskey 1965,
en "Stars and Stellar Systems", tomo V).
Según Stothers y Frogel (1974, AJ 79, 456), por su
distribución espacial las estrellas del CG estarían formando
aproximadamente un disco elíptico con semiejes de unos 350 pc x 500 pc. Su
centro estaría a unos 160 pc en la dirección de la longitud galáctica l
= 160° en Tauro. Dichos autores mencionan que la distribución de estrellas OB5
muestra una escasez o agujero excéntrico en la cercanía del Sol de unos
100 pc de radio. La existencia de este agujero ha sido confirmada recientemente
(Maíz-Apellaniz, 2001, ApJ 121, 2737).
El Cinturón de Gould parecería constituir el prototipo
galáctico más cercano, de la formación y evolución de sistemas relativamente
extensos compuestos por asociaciones estelares y material interestelar.
¿Qué fenómeno galáctico local puede haber originado a tan singular sistema
de estrellas jóvenes nada menos que en la relativa cercanía (a escala
galáctica) de nuestro sistema solar? Trataremos de esbozar aquí lo que se
conoce sobre este interrogante, cuya respuesta puede dar importantes claves
tanto sobre los mecanismos de formación estelar en nuestra Galaxia, como sobre
los procesos de interacción existentes entre material del disco y del halo de
nuestra Galaxia, e incluso sobre los efectos producidos por colisiones de nubes
gaseosas de alta velocidad en caída hacia el disco galáctico. En lo que sigue
trataremos de entrar en más detalles.
- Material interestelar asociado al CG
El estudio de la distribución y cinemática del material
interestelar galáctico puede hacerse con muchos tipos de observaciones. Muy
importantes son las observaciones radioastronómicas de la línea espectral en λ
= 21 cm, proveniente del hidrógeno atómico neutro interestelar, línea
que permite estudiar las llamadas regiones H I de la Galaxia. Estas están
constituidas fundamentalmente por hidrógeno atómico, helio y otros elementos
químicos de abundancia mucho menor. Con esta línea se pudo estudiar la
distribución del H tanto a escala galáctica como en los objetos cercanos. Ya
desde las primeras observaciones en la línea de 21 cm en la década de los 50,
se fue evidenciando que existen grandes cantidades de material interestelar
asociadas tanto al CG como al brazo local en general.
Hacia 1966 Per Olof Lindblad estudió detalladamente la
estructura galáctica en la dirección del anticentro galáctico (
l =
180º) mediante la línea de 21 cm. Lindblad mostró que había dos objetos
locales que se distinguían por sus
cinemáticas diferentes. Uno de ellos
(lo llamó "
objeto A") era una compleja superestructura de
material interestelar concentrada a latitudes bajas. El otro objeto (lo llamó
"objeto C-H" o simplemente el "otro objeto local" [
OOL])
estaba asociado con las partes relativamente más cercanas del brazo local. La
cinemática del
OOL fue estudiada en los cuatro cuadrantes galácticos
por Sandqvist et al. (1976, ver por ej. A&A
205, 225; ver
Figura 9).
El objeto A, que poseía una velocidad radial positiva
en una zona donde los objetos en órbitas circulares alrededor del centro
galáctico poseen sólo velocidad tangencial, se comportaba como un anillo en
expansión con el Sol en su interior (Lindblad, 1967, Bull. Astr. Inst.
Netherland 19, 34). Posteriormente Lindblad concluyó que el objeto A
estaba asociado al CG (Lindblad et al., 1973, A&A 24,
309). Estudios de diversos autores confirmaron los resultados de Lindblad.
Carlos Olano (1982, A&A 112, 195) computó en el IAR modelos
físicos del anillo de Lindblad, considerando detalladamente tanto su
expansión, como el proceso de barrido y acreción del material interestelar
sobre él. Este proceso va frenando paulatinamente la expansión del
anillo, no así la de las nuevas estrellas formadas.
En estos modelos el anillo tiene forma aproximadamente
elíptica; por ejemplo en el modelo 2 los semiejes son de 364 y 211 pc,
respectivamente. Su centro está a 166 pc del Sol en la dirección l =
131º y su edad es de 32 millones de años. Las conocidas asociaciones estelares
Ori OB1, Sco-Cen y Per OB2, que se consideran integrantes del CG (de
Zeeuw et al., 1999, AJ 117, 354), se habrían formado a partir de
complejos de nubes moleculares interestelares vinculados al anillo de
Lindblad.
En la
Figura 5 (de Olano 1982) vemos esquemáticamente
en una proyección sobre el plano galáctico: el anillo de Lindblad en línea
llena, las posiciones teóricas que tendrían nuevas estrellas formadas en el
anillo hace 26 millones de años, las posiciones de las asociaciones de Orión,
Perseo, Lacerta y Scorpio-Centauro. Hacia el centro del anillo está ubicado el
grupo estelar
α Cen, núcleo de una
asociación estelar más antigua, la de Cas-Tau. Ella podría estar vinculada al
origen del Cinturón de Gould (Sun = Sol).
Resumiendo, podemos decir que existe una considerable masa de
material interestelar asociada al CG, constituida tanto por nubes de H I
como por nubes moleculares (en las que el hidrógeno se encuentra
fundamentalmente en forma de H2), que supera ampliamente la masa de
sus estrellas. Las dimensiones del sistema del CG (estrellas + material
interestelar) alcanzarían unos 800 pc dentro del plano galáctico y su edad no
sería mayor que unos 60 millones de años. La masa del sistema del CG
estaría entre 1 y 2 millones de masas solares. El Sol, como muchas otras
estrellas relativamente viejas de la zona galáctica local, está inmerso en el CG,
pero sin pertenecer a él (Lindblad et al. 1997, Hipparcos Venice’97,
p. 507, ESA).
En los últimos años el estudio del CG recibió un
fuerte impulso cuando, sorpresivamente, se detectó su presencia en los
resultados observacionales obtenidos por diversos satélites para investigación
astronómica equipados con instrumental de muy alta tecnología, sensibilidad y
precisión, a saber: el satélite Roentgen (ROSAT) para rayos X (activo
aproximadamente entre 1990 y 1998), el satélite astrométrico Hipparcos (activo
aproximadamente entre 1989 y 1993), y el satélite COMPTON para observación de
rayos γ (activo aproximadamente entre 1991 y
2000). Se comenzó por identificar cierto tipo de fuentes X detectadas
por el ROSAT con estrellas de atmósferas ricas en litio. Estas últimas suelen
corresponder a pre-estrellas de baja masa durante las últimas fases de su
formación (Neuhäuser, 1997, Science 276, 1363). Luego se descubrió que
muchas de ellas estaban asociadas al CG (Wichmann et al., 2000, A&A 359,
190).
Así, Guillout y colaboradores (et al., 1998-1999, A&A 334,
540, 337, 113 y 351, 1003) hicieron una correlación posicional
entre las fuentes X detectadas por el ROSAT y las estrellas del catálogo
"Tycho" (cerca de 1.000.000 de estrellas con posiciones y distancias
muy precisas [determinadas por mediciones de paralajes], obtenidas a lo largo de
extensos períodos de observaciones desde diversos observatorios ubicados en
distintas regiones de la Tierra [entre ellas el Observatorio Félix Aguilar en
la provincia de San Juan], complementados con las mediciones del Hipparcos).
El resultado fue sorprendente. Los objetos que aparecían en
ambos catálogos con un alto grado de probabilidad eran unos 8.600. Las
estrellas correlacionadas en su mayoría eran estrellas de tipos espectrales F y
G, o sea estrellas de masas bajas. Su detectabilidad en X mostraba que eran
estrellas relativamente jóvenes.
Un meticuloso análisis estadístico mostró que gran parte de estas estrellas estaban centradas sobre el
CG dentro de
los errores observacionales y estadísticos (
Figura 6).
Guillout et al. hicieron hincapié en que la distribución de estas estrellas intrínsecamente
menos luminosas del CG no conformaban una faja o cinturón sino más bien un
disco con un vacío central. Por limitaciones en la sensibilidad del
instrumental, las observaciones mencionadas no han podido abarcar aquellas
estrellas de baja masa del CG, que están más alejadas del Sol. Estas se
encuentran principalmente en el cuadrante galáctico II y partes del I y III
(visibles desde el hemisferio norte terrestre, donde el fenómeno del GB es
menos notable). Observaciones futuras desde nuevos satélites equipados con
instrumental de mayor sensibilidad y precisión tratarán de ampliar los
estudios de Guillout y colaboradores.
Las observaciones en X han puesto en evidencia por primera
vez al CG a través de sus estrellas de baja masa y luminosidad, cuando
hasta el presente sólo había sido posible detectar sus estrellas OB gracias a
su elevada luminosidad en el visible y UV. La abundancia relativa de las
estrellas OB es bastante escasa, como fuera mencionado más arriba. De por sí,
desde un principio, las observaciones en X habían mostrado que las
protoestrellas y las estrellas de baja masa de formación reciente son mayores
emisores en X que las estrellas de origen menos reciente. Ello aportó
importante material observacional nuevo para el problema de la formación
estelar. En particular, el ROSAT con su alta precisión y el gran número de
fuentes X detectadas por él, permitió ampliar enormemente dicho material.
Un nuevo descubrimiento sorprendente se realizó mucho más
recientemente. El satélite COMPTON para rayos gamma permitió establecer un
nuevo y amplio catálogo de fuentes γ puntuales
(por oposición a las fuentes γ extensas).
La mayoría de las fuentes puntuales (unas 170) quedaron sin poder identificar
con una posible contrapartida óptica. En parte, ello se debe a que el poder
resolutivo angular del satélite típicamente es de tan sólo 1° (en realidad
depende de la banda de energía considerada; los fotones gamma, al ser de gran
energía, son muy poco frecuentes en el espacio en comparación con los demás
fotones del espectro electromagnético). Esto dificulta una identificación unívoca
con objetos candidatos relativamente débiles en el visible.
Considerando entre las fuentes no identificadas tan sólo las
120 mejor medidas por el COMPTON, Gehrels y colaboradores (et al., 2000, Nature 404,
363) mostraron que ellas están formadas por dos poblaciones de características
diferentes. Una, conteniendo la mayoría de las fuentes más intensas, se
concentra predominantemente a latitudes galácticas |b| < 5°. La otra
población, constituida predominantemente por las
fuentes menos intensas se extiende hasta latitudes medianas. Además, ambas
poblaciones también se distinguen por sus distribuciones energéticas. Gehrels
et al. concluyeron que la distribución de la segunda población en la esfera
celeste muestra una clara correlación con el CG. Mediante otro
análisis, Isabelle Grenier (2000, A&A 364, L93) sugirió que una
gran parte de las fuentes γ asociadas
al CG serían púlsares de edades cercanas al millón de años,
remanentes de antiguas explosiones de supernovas de estrellas originalmente
pertenecientes al CG.
- El medio interestelar local (MIL): características físicas generales
Hemos mencionamos que, como criterio práctico, se puede
definir a la zona galáctica local como la comprendida dentro de unos 500 a 800
pc a la redonda del sistema solar. Esto se refiere a la vecindad del plano
galáctico. Fuera de ésta, las distancias a considerar podrían ser mayores
llegando hasta las capas inferiores del halo galáctico. En lo que sigue
mencionaremos en mayor detalle algunas de las características físicas
del medio interestelar en la zona galáctica local.
El estudio de las características físicas del MIL revela
una extrema complejidad: existen al menos dos fases gaseosas atómicas neutras y
dos fases ionizadas. En las fases neutras el H atómico es el átomo más
abundante. Una de las fases neutras es fría con temperaturas absolutas T
~ 50-200 K, en tanto que la otra es tibia con T ~ 5.000-8.000 K. En las
fases ionizadas el H está ionizado, de modo que son los protones (H+)
o núcleos de H, y sus respectivos electrones, las partículas más abundantes.
Estas dos fases ionizadas son tibia la una (T ~ 6000-10000 K), y caliente
la otra (T ~ 60.000-1.000.000 K). Las distribuciones espaciales y
factores de llenado de las distintas fases mencionadas no son bien conocidas en
detalle.
Las
Figuras 7a y 7b muestran en
sendos planisferios galácticos las distribuciones del H atómico neutro frío
con velocidades radiales V >0 y V >0, respectivamente, según el análisis
de Pedro Marronetti, Paula Benaglia y el autor (A&A
287, 601, 1994).
Las escalas de densidad columnar o de superficie son iguales en ambas figuras.
La banda entre latitudes b = -10° y +10° ha sido excluida para evitar el medio
interestelar más alejado. Nótese la concentración del gas frío hacia
latitudes bajas e intermedias y el fuerte predominio del gas con V >0. Ello
se debería a la posición del Sol dentro del anillo de Lindblad, formado
principalmente por gas denso y
frío.
Además, a bajas latitudes galácticas se encuentran los
grandes complejos de nubes moleculares interestelares autogravitantes y muy
frías, en las que prácticamente todo el hidrógeno se encuentra en forma de H2,
con T ~ 8-20 K. A latitudes más altas, se encuentran otros
complejos de nubes, tanto atómicas como moleculares, más cercanos y de menor
tamaño. Por otro lado, no puede descartarse que algunos complejos de
nubes interestelares de H I de velocidades radiales V altas (V ~
80-150 km/s) e intermedias (V ~ 30-65 km/s) también podrían estar
relacionados con el MIL.
Por otra parte, parece estar bien establecido que la densidad
del medio interestelar en la vecindad solar se caracteriza por ser relativamente
baja, tanto en volumen como en superficie perpendicular al plano
galáctico. En cuanto al papel desempeñado por el campo magnético interestelar
galáctico, no es bien conocido, aunque observacionalmente se ha comprobado que
varias de las regiones H I interestelares en forma de filamentos están
orientadas a lo largo de dicho campo. (A pesar de tratarse de material
prioritariamente neutro, existen trazas de material ionizado originadas por el
continuo bombardeo de la radiación cósmica. Éstas al ser afectadas
directamente por el campo magnético interestelar, paulatinamente van
trasmitiendo su movimiento a las partículas neutras a través de colisiones).
Llamativas son las asimetrías observadas entre los hemisferios norte y sur
galácticos, como por ejemplo la presencia de un gran "agujero" en la
distribución del H I de bajas velocidades a altas latitudes galácticas en el
norte.
La
Figura 8 muestra en un planisferio galáctico en proyección Aitoff la distribución total de H atómico neutro, (incluyendo
tanto el gas frío como también el tibio) . Los paralelos corresponden a las
latitudes galácticas
b a intervalos de 20°. Los meridianos corresponden
a las longitudes galácticas
l a intervalos de 20°, el meridiano central
a
l = 180°. Los contornos dan las densidades de columna.
El diagrama combina las observaciones de alta sensibilidad realizadas en los observatorios
ubicados en Dwingeloo, Holanda (Hartmann y Burton) y en el Parque Pereyra
Iraola, Argentina (Arnal, Bajaja, Morras, Pöppel). Nótese que los máximos de
densidades de columna se encuentran alrededor del plano galáctico (b =
0°). Nótese el gran mínimo o "agujero" en la distribución del H
interestelar centrado en l = 130°, b = +60° en el hemisferio
galáctico norte. (Este mapa ha sido elaborado mediante un código computacional
desarrollado por Esteban Bajaja)
Observacionalmente, la cinemática del H I en el MIL es
conocida tan sólo en forma global (ver por ej.: Cleary, Heiles, Haslam, 1979,
A&AS 36, 95 y Colomb, Pöppel, Heiles, 1981, A&AS 40, 47).
Ya hemos mencionado que dentro de la zona local se han identificado al menos dos
sistemas interestelares prominentes distintos: el asociado con el CG (el objeto
A de Lindblad) y el asociado a las partes cercanas del brazo local (el OOL).
La cinemática de este último –a diferencia del primero – parecería poder
entenderse predominantemente en función de la rotación diferencial galáctica.
- Otros objetos interesantes contenidos en el MIL
Finalmente, corresponde mencionar otros dos objetos
singulares interestelares bastante prominentes, aunque menos extensos que por
ej. el CG, localizados dentro de la zona local de la Galaxia: la Burbuja
Caliente Local y el Loop I (o Lazo I). El primero, detectado hace ya
cerca de tres décadas en rayos X blandos (o sea, con longitudes de ondas
correspondientes a energías de ~ 0,2 a 1,2 keV), corresponde a una masa de
plasma de forma elipsoidal de dimensiones características del orden de unos
100-150 pc. Su temperatura es cercana a 1.000.000 K. Se considera que fue
generado por una explosión de supernova hace alrededor de 1.000.000 de años,
produciendo la ionización, el calentamiento inicial y la expansión de una gran
masa de gas. Durante la expansión el gas se habría enfriado nuevamente, pero
como la temperatura observada es muy alta ha sido necesario apelar a por lo
menos una segunda explosión de SN, relativamente reciente, que habría vuelto a
calentar el interior de la Burbuja Local. Como ésta se detecta en rayos X en
todas las direcciones del cielo, se deduce que el Sol se encuentra inmerso en
ella. Hasta la fecha no hay ningún modelo enteramente satisfactorio para
explicar las características de la Burbuja Local y su origen (Cox, 2001, ApJS 134,
283; Maíz Apellániz, 2001, ApJ 560, l83).
El Loop I se conoce desde la década del 60 a través de las
observaciones radioastronómicas en el continuo. Por sus características
espectrales (radiación sincrotrónica), sin dudas se trata de una remanente de
supernova. Su gran tamaño angular (ha sido aproximado por una circunferencia de
116º de diámetro con centro en Lupus, ver por ej. Berkhuijsen, 1971, AA 14,
359) sugiere que se trata de un objeto muy cercano (distancia probable: 130 ±
75 pc) originado por la explosión de una estrella de la asociación de Sco-Cen,
la más cercana de las asociaciones estelares OB. Pese a todo ello, al presente
no existe ningún modelo que explique satisfactoriamente el origen y las
propiedades del Loop I. Incluso hay fundadas sospechas de que el Loop I y la
Burbuja Local podrían estar en comunicación o interacción mutua.
- Las teorías sobre el origen del CG y de las enigmáticas características del MIL
Diversas características observacionales globales del MIL
parecen estar vinculadas con el sistema del CG y su origen. Dos
escenarios han sido propuestos para explicar el origen y la expansión del CG:
uno, basado en un evento inicial explosivo (por ej. Blaauw, 1965, Kon.
Ned. Akad. Wet. 74, no. 4, Hughes & Routledge, 1972, AJ 77,
210, Olano, 1982), el otro, basado en una o más colisiones de nubes de alta
velocidad con material interestelar del disco galáctico (por ej. Comerón y
Torra, 1992, A&A 261, 94 y 1994, A&A 286, 789, Lépine
& Duvert, 1994, A&A 286, 60).
El escenario de un evento inicial explosivo, dando origen a
la expansión del anillo de Lindblad y a la formación de las estrellas del CG,
trata de explicar también algunas de las características globales del
MIL, en particular, las asimetrías observadas entre ambos hemisferios
galácticos. No puede explicar en cambio, la inclinación del CG respecto
del plano galáctico, a la cual considera como preexistente en el medio
original. Según este escenario, el anillo de Lindblad, una vez formado y en
expansión, va generando nuevos procesos de formación de estrellas a medida que
incrementa su masa con el gas barrido, comprimido e incorporado a su paso por
acreción. Las nuevas estrellas formadas comprenden tanto numerosas estrellas de
masa baja, como también algunas de masas y luminosidades elevadas (estrellas
OB). Estas últimas producen fuertes vientos estelares, nuevas regiones HII y
pueden evolucionar finalmente al estado de supernova, produciéndose nuevas
expansiones de gas.
De esta manera se habrían formado las mencionadas
asociaciones Ori OB1, Per OB2 y Sco-Cen, características del CG. En
particular, si el evento explosivo original hubiera ocurrido algunas decenas de
pc por encima del plano se podrían entender varias de las asimetrías norte-sur
observadas en la distribución del HI local. Así, el gran agujero mencionado
más arriba habría sido producido por fragmentos de gas eyectados inicialmente
en dirección perpendicular al plano galáctico, arrastrando y ionizando al
material encontrado en su camino hacia el bajo halo. Por otro lado, el material
eyectado oblicuamente fuera del plano galáctico debería volver a caer hacia
éste por efecto gravitatorio en un tiempo t, característico para las
oscilaciones perpendiculares al plano galáctico. Resulta ser que t es
menor que la edad del CG. De ahí que este escenario también predice posibles colisiones de tales fragmentos con material del
plano galáctico o nubes que se encuentren cerca de él (Olano, 1982, Pöppel,
Marronetti, Benaglia, 1994, A&A 287, 601, Pöppel & Marronetti,
2000, A&A 358, 299).
La causa u origen del supuesto evento explosivo
no está bien establecido. Se menciona la acción del grupo estelar Cas-Tau, una
asociación estelar fósil (o sea, muy evolucionada y desprovista de estrellas
jóvenes), que a su vez, se habría formado por el pasaje de un brazo espiral
producido por las ondas de densidad a escala galáctica en concordancia
con las teorías de la estructura espiral de las galaxias. Todo esto constituye
un tema digno de ser investigado a fondo.
Puede agregarse que, según este escenario cabría esperar
que el interior del anillo de Lindblad esté vacío de complejos
interestelares por efectos del barrido de todo el material durante la expansión
del anillo. Sin embargo, en el interior del anillo se encuentra el
conocido complejo de nubes oscuras y moleculares de Tauro a una distancia de
unos 150 pc del sistema solar. Una posible explicación de esta aparente
contradicción ha sido propuesta por Olano y Pöppel, (1987, A&A 179,
202). Según los cálculos de estos investigadores del IAR, las nubes de Tauro
podrían haberse originado hace unos 18 millones de años, debido a un fenómeno
explosivo secundario ocurrido en una zona del anillo que actualmente se
encuentra en Puppis-Canis Maior, en una zona caracterizada por una marcada escasez
de material interestelar en el anillo de Lindblad. La causa del fenómeno
explosivo secundario debería buscarse en una interacción particularmente
fuerte con el material barrido por el anillo en dicha zona. Hasta el presente
esta explicación no ha podido ni refutarse ni confirmarse observacionalmente.
El segundo escenario, vale decir la colisión de una nube de
alta velocidad con el disco galáctico, podría explicar la formación de
estratos inclinados, como los del CG, pero hasta el presente no
intenta explicar ninguna de las características globales observadas en
el MIL. Tampoco se han encontrado hasta el presente evidencias observacionales
concluyentes en favor de este escenario. En principio, también es concebible un
escenario combinado, donde una colisión de un gran complejo gaseoso con el
disco podría haber producido las condiciones iniciales en las que ulteriormente
se desarrolló un evento explosivo.
- Una nueva teoría para encuadrar un origen común para el CG y el brazo local
Al margen de los dos escenarios arriba mencionados cabe
mencionar también una nueva y elaborada teoría para explicar el origen no
sólo del CG sino también del brazo local e incluso del supercúmulo
(estelar) de Sirio. La existencia de este último ha sido motivo de
controversia, dado que incluiría estrellas de edades muy dispares. En cuanto al
brazo local y al CG, ya hemos mencionado sus edades similares, ambas no
mayores que 60 millones de años. La nueva teoría se basa en un modelo
computado por Carlos Olano (2001, AJ 121, 295).
Según este modelo, inicialmente una densa nube molecular de
gran masa se encontraba describiendo su órbita galáctica en una zona
interbrazos ubicada en lo que hoy es la zona del cuadrante galáctico III. A lo
largo de su trayectoria surgieron inestabilidades gravitacionales en la nube,
que originaron las estrellas del supercúmulo estelar de Sirio. El conjunto de
estrellas y nube remanente continuó moviéndose conjuntamente hasta toparse con
un brazo espiral (producto de la onda de densidad galáctica). Las estrellas, al
no ser afectadas por dicho fenómeno, prosiguieron en sus órbitas sin
perturbaciones. En cambio, la nube remanente fue fuertemente frenada
separándose de las estrellas. Al atravesar la onda de densidad la nube
molecular fue comprimida, separándose un semianillo gaseoso de su
periferia, que dio origen al brazo local, en tanto que del núcleo de la nube se
formó el CG.
Ilustramos los cálculos de Olano:
La
Figura 9 muestra en un diagrama
l-V la curva esperada para el semianillo que habría
originado el brazo local (en línea llena). Los círculos corresponden a las velocidades del
OOL medidas por Sandqvist et al. (1976).
La
Figura 10 muestra en una proyección sobre el plano galáctico la evolución del sistema
local durante los últimos 100 millones de años. Las curvas punteadas indican
las trayectorias de las zonas periféricas de la gran nube molecular inicial.
hacia su posiciones actuales (círculos). La zona más densa se indica con una
franja sombreada. Esquematizaría el brazo local. La curva llena muestra la
trayectoria del núcleo de la nube (posición inicial señalada con una cruz, la
posición presente corresponde al círculo sombreado). Los circulitos sombreados
llenos indican las posiciones de asociaciones estelares observadas.
¿Qué tiene de positivo esta teoría, a primera vista un
tanto especulativa? 1º) Que los valores de los parámetros físicos usados para
los cálculos se derivaron de resultados observacionales. 2º) Que la
teoría es pionera englobando tres sistemas diferentes (el brazo local,
el CG y el supercúmulo de Sirio) de características individuales
propias, cuyos respectivos orígenes y propiedades aún no son comprendidos al
presente, y que bien podrían tener vínculos en común. 3º) Que la teoría
hace predicciones que podrán chequearse observacionalmente en el futuro,
confirmando o refutando sus conclusiones.
- Investigaciones presentes sobre el MIL en el IAR
Diversos investigadores del IAR han hecho contribuciones al
estudio del CG y del MIL en los últimos 20 años. A modo de ejemplo
mencionamos dos publicaciones bastante citadas en la literatura científica
sobre el tema, a saber:
a) la descripción de la cinemática del HI galáctico de
Colomb, Pöppel y Heiles, (1980, A&AS 40, 47 producto de
observaciones en el hemisferio norte hechas por integrantes de la Universidad de
Berkeley complementadas con las observaciones hechas en el hemisferio sur por
integrantes del IAR utilizando la antena parabólica No. 1),
b) el mencionado modelo de Olano, (1982, A&A 112,
195).
Al presente se están estudiando algunas de las
características del MIL y de los objetos en él ubicados, mediante el nuevo
relevamiento de alta sensibilidad en la línea de 21 cm del H en el hemisferio
austral realizado en el IAR. En particular, se están estudiando las
características físicas de las cáscaras (o shells) de material
interestelar formadas alrededor de la asociación estelar de Sco-Cen, las
cuales, por su gran cercanía, subtienden un ángulo cercano a los 180° sobre
el cielo. Ellas son el resultado de la evolución temporal de dicha asociación
estelar, la cual se considera parte del CG.
En la
Figura 11 se muestra la distribución total del H atómico neutro en el rango de longitudes
galácticas
l = 230° a
l = 360° + 40° y velocidades radiales entre -20 y +20 km/s. Las cruces corresponden a
estrellas tempranas hasta el tipo espectral B2.5, incluyendo la estrella ζ
Oph, presuntamente escapada (run-away) de la asociación y ubicada en la
posición extrema
l = 366°,
b = +24°.
Puestas al día sobre el MIL han sido presentadas por N.G.
Bochkarev, (1987, ApS&S 103, 229 y 1990, "The Local
Interstellar Medium", Nauka ed., esta última en idioma ruso) y, en su
relación con el CG por el autor, (1997, Fund. Cosmic Phys. 18,
1-270, cuya sección 4.7 tiene a Pedro Marronetti y Paula Benaglia como
coautores). Una breve puesta al día sobre el CG puede verse también
en un artículo del autor, (2001, en 'From Darkness to Light', ASP, p.
667, T. Montmerle y Ph. André, edts.).