Investigación ayuda a descifrar cómo se formaron las galaxias más enigmáticas del universo
Predichas por la teoría, las galaxias ultra difusas (UDGs) recién pudieron ser descubiertas hace cuatro décadas, gracias a los telescopios de última generación. Esas primeras observaciones permitieron advertir la extraña presencia de UDGs rojas fuera de los cúmulos galácticos, pese a que la mayoría de ellas posee una tonalidad predominantemente azul. El trabajo de un equipo científico internacional –en el que participaron integrantes del Observatorio Astronómico de Córdoba, del Instituto de Astronomía Teórica y Experimental (IATE), y de instituciones extranjeras– logró resolver la incógnita. Utilizando simulaciones numéricas cosmológicas como una “máquina del tiempo” para retroceder en el pasado, descubrieron que esas UDGs, al pasar por el centro de un cúmulo de galaxias, fueron eyectadas violentamente por las enormes fuerzas gravitacionales. En ese proceso, perdieron su gas y de allí el reducido número de estrellas en su interior y su perfil rojizo. Los resultados de la investigación fueron publicados en la prestigiosa revista Nature Astronomy.
Por Victoria Rubinstein
Colaboradora UNCiencia
Observatorio Astronómico de Córdoba
vrubinstein@unc.edu.ar
Las galaxias son conjuntos formados por numerosas estrellas, gas, polvo y materia oscura, que se mantienen unidos por la acción de la gravedad.
Las más pequeñas y menos brillantes son denominadas «enanas», contienen aproximadamente cien millones de estrellas. En el extremo opuesto se ubican las de gran dimensión y luminosidad, como la Vía Láctea, cuyo número de estrellas asciende a cientos de miles de millones.
Las galaxias ultra difusas (UDGs, por sus siglas en inglés) comparten características de ambos extremos. Son tan grandes como la Vía Láctea, pero con una cantidad de estrellas entre cien y mil veces menor. En general, tienen una órbita elíptica en torno a los cúmulos, como se denomina a los conglomerados de miles de galaxias.
Por su escasa luminosidad y baja densidad estelar, las UDGs son muy difíciles de observar mediante telescopios. Eso explica por qué su existencia recién pudo ser corroborada hace un par de décadas.
Si bien existen distintas hipótesis sobre su origen, para la comunidad astronómica su mecanismo de formación continúa siendo un interrogante.
Galaxia ultra difusa DF44 [Peter Van Dokkum, 2015] ). Posee un radio efectivo de 15 mil millones de años luz y una masa estelar de aproximadamente 3×108 masas solares
La vecindad de las galaxias
En astronomía, las galaxias se clasifican según su ubicación. Ocurre que sus propiedades varían dependiendo si se encuentran dentro de los cúmulos (en la “ciudad”) o fuera de ellos (en el “campo”).
Las que existen dentro de la “ciudad” son de coloración rojiza; por el contacto con otras galaxias, pierden sus gas, su polvo y tienen una baja tasa de formación estelar. Por el contrario, las que se encuentran desperdigadas en el “campo” son de coloración azulada, ya que mantienen sus componentes de gas y polvo, y en su interior se están formando estrellas.
Una de las principales incógnitas que surgieron con las nuevas observaciones es por qué en el “campo” existen UDGs con características de galaxias envejecidas (tonalidad rojiza, escasez de gas y de estrellas), similares a las que se encuentran dentro de los cúmulos (en la “ciudad”).
Un estudio publicado por un equipo científico del Observatorio Astronómico de Córdoba y del Instituto de Astronomía Teórica y Experimental (Iate – UNC/Conicet), en el que también participaron instituciones internacionales, realizó un aporte significativo que ayuda despejar algunas de las dudas en torno a estos objetos.
El trabajo, liderado por José Benavides (estudiante del Doctorado en Astronomía), utilizó simulaciones numéricas cosmológicas de última generación (TNG50), que permiten estudiar todos los entornos posibles de manera simultánea y en alta resolución.
Galaxia ultra difusa apagada y aislada de la simulación TNG50.
Por su potencial, el grupo utilizó las simulaciones TNG como una “máquina del tiempo en reversa”. Seleccionaron algunas UDGs y, a partir de su estado y ubicación actual, fueron retrocediendo hacia el pasado por los distintos momentos de su desarrollo y evolución.
Así descubrieron que en sus orígenes, hace miles de millones de años, las UDG serán galaxias enanas típicas dentro de un cúmulo. En algún momento pasaron por el centro de ese conglomerado y las enormes fuerzas gravitacionales las eyectaron violentamente fuera de los límites del cúmulo.
En ese proceso, perdieron todo su gas y con él la posibilidad de formación de nuevas estrellas. Justamente esa escasez de estrellas les otorga su tonalidad rojiza ante quienes las observan. Además, las UDGs expulsadas quedaron aisladas, con una órbita muy elíptica en torno al cúmulo que supo cobijarlas.
Los resultados obtenidos por el equipo permiten inferir que debería haber muchas más UDGs, que todavía no han sido identificadas.
Sección cúbica de 39,12 millones de años luz de lado de la caja de la simulación TNG50. Las estrellas indican la posición de la muestra de galaxias ultra difusas formadoras de estrellas (estrellas azules) y apagadas (estrellas rojas) en esta región. El panel en amarillo muestra una imagen de la UDG DF44 [Peter Van Dokkum, 2015].
“Están acechando en la oscuridad, clamando por ser halladas por poderosos telescopios combinados con ingeniosas técnicas observacionales. Las galaxias de bajo brillo superficial son sin lugar a dudas una frontera que debemos atravesar para tener una idea acabada de cómo se forman las galaxias a lo largo de la evolución cósmica de miles de millones de años”, apunta Mario Abadi, uno de los autores de la publicación e investigador del Observatorio Astronómico de Córdoba.
Los resultados de la investigación fueron publicados en la prestigiosa revista Nature Astronomy.
Equipo de trabajo
José Benavides1;2, Laura Sales3, Mario Abadi1;2, Annalisa Pillepich4, Dylan Nelson5, Federico Marinacci6, Michael Cooper7, Ruediger Pakmor8, Paul Torrey9, Mark Vogelsberger10, Lars Hernquist11.
1 – Instituto de Astronomía Teórica y Experimental, Conicet/UNC. Córdoba. Argentina.
2 – Observatorio Astronómico de Córdoba, Universidad Nacional de Córdoba. Argentina
3 – Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside. Estados Unidos
4 – Max-Planck-Institut für Astronomie, Königstuhl 17. Alemania
5 – Institut für Theoretische Astrophysik, Zentrum für Astronomie, Universitat Heidelber, Alemania
6 – Department of Physics and Astronomy ”Augusto Righi”, University of Bologna. Italia
7 – Department of Physics and Astronomy, University of California. Estados Unidos
8 – Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Alemania
9 – Department of Astronomy, University of Florida. Estados Unidos
10 – Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology. Estados Unidos
11 – Institute for Theory and Computation, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Estados Unidos
Foto de portada | Galaxia ultra difusa DF2 [Peter van Dokkum, 2019]. Está ubicada a una distancia de aproximadamente 65,2 millones de años luz. Se estima que su masa estelar es del orden de 1.5×10⁸ masas solares y posee un radio efectivo de 5219 millones de años luz.
