Investigadores del Grupo de Cosmología y Gravitación del Departamento de Física desarrollaron un modelo que vincula la formación de estrellas en las galaxias con la química del hidrógeno molecular.
From atoms to stars: Modelling H2 formation and its impact on galactic evolution
E. Lozano, C. Scannapieco, S. E. Nuza, Y. Ascasibar y V. Springel. Astronomy & Astrophysics, volumen 703, noviembre de 2025.
En muchos modelos de galaxias, la formación estelar comienza cuando el gas es suficientemente denso. Pero la realidad es más exigente: no basta con densidad; hace falta química.
La idea central del trabajo reside en rastrear explícitamente las fracciones de masa de las distintas fases del hidrógeno (ionizado, atómico y molecular), así como un componente estelar, resolviendo un sistema de ecuaciones diferenciales acopladas que gobiernan el intercambio de masa entre estas fases. A diferencia de los modelos tradicionales que vinculan la formación estelar simplemente a la densidad total del gas, este enfoque condiciona la tasa de formación estelar a la abundancia local de hidrógeno molecular (H2). La producción de H2 se modela a través de la condensación en granos de polvo, mientras que su destrucción ocurre mediante la formación estelar y la fotodisociación.
El modelo busca capturar la complejidad del medio interestelar a escalas no resueltas. Las tasas de transición entre fases dependen de variables termodinámicas y químicas locales, siendo la metalicidad un factor crítico para la formación de H2 debido a su rol central en la formación del polvo. La probabilidad de formar una partícula estelar se deriva de la fracción de H2 y es autorregulada por una escala de tiempo característica, lo que permite que la eficiencia de formación estelar varíe dinámicamente en función del entorno local, en lugar de ser un parámetro fijo impuesto ad hoc.
Al aplicar este modelo en una simulación cosmológica de una galaxia con masa similar a la Vía Láctea, se obtiene una morfología espiral bien definida a redshift 0, con un disco gaseoso que resulta ser aproximadamente dos veces más extenso que el disco estelar. La historia de formación estelar resultante muestra una evolución realista, alcanzando su pico alrededor de los 6-8 Gyr. Un resultado físico notable es que el modelo reproduce aproximadamente la ley de Kennicutt-Schmidt molecular observada, correlacionando la densidad superficial de la tasa de formación estelar con la densidad superficial del H2, sin haber impuesto esta relación a priori en el código.
En conclusión, el modelo propuesto por los investigadores sugiere que la eficiencia de formación estelar no es universal, sino que escala positivamente con la densidad y la metalicidad local. Aunque se reconoce la advertencia de que en sistemas reales el H2 podría actuar más como un trazador que como un prerrequisito estricto, el enfoque proporciona una alternativa robusta a la hipótesis de eficiencia fija.
La investigadora Cecilia Scannapieco y Ezequiel Lozano, becario doctoral, son autores de este trabajo y forman parte del Grupo de Cosmología y Gravitación del Departamento de Física de Exactas UBA y del CONICET.
El artículo también está disponible en arXiv.