Investigadores del Observatorio Astronómico de Córdoba,  develan uno de los misterios del Universo: La formación de Galaxias Enanas Ultra Difusas en entornos de baja densidad

Novedades on 6 Sep , 2021

Mediante simulaciones numéricas cosmológicas de última generación, lograron explicar el comportamiento de uno de los elementos más enigmáticos del Universo: la presencia extraña de galaxias ultra difusas rojas, donde la población es predominantemente azul. En el mismo trabajo se descubrió que este fenómeno se debe a  un  sencillo y asombroso mecanismo de eyección de galaxias de halos galácticos.

 

La relevancia del descubrimiento les valió al equipo de trabajo, liderado por José Benavides, estudiante del doctorado en astronomía, la publicación del artículo en la prestigiosa revista Nature Astronomy. 

El estudio realizado por investigadores del Observatorio Astronómico de Córdoba y del Instituto de Astronomía Teórica y Experimental del CONICET, junto a un equipo científico internacional,  aporta un gran avance al entendimiento de por qué existen este tipo de objetos en el Universo, además de contribuir a la comprensión de la evolución cósmica.

Las UDGs  por sus siglas en inglés, Ultra-Diffuse Galaxy son objetos tan grandes como la Vía Láctea, pero con entre 100 y 1000 veces menos estrellas.

Hasta hace muy poco tiempo no se había podido corroborar su existencia, ya que estas galaxias son muy difíciles de observar mediante telescopios debido a su baja luminosidad y baja densidad estelar. Para la comunidad astronómica, si bien existen muchas hipótesis,  el mecanismo de formación de las mismas sigue siendo en la actualidad un interrogante.

Las Galaxias Ultra Difusas

Las galaxias en general son conjuntos formados por numerosas estrellas, gas, polvo y materia oscura que se mantienen unidas por la acción de la gravedad; las más pequeñas y menos brillantes  se denominan comúnmente «enanas», poseen un número relativamente pequeño de estrellas, del orden de los cien millones, en comparación con las más grandes y brillantes, como Vía Láctea, que pueden llegar a contener cientos de miles de millones de estrellas.

Las UDGs parecen ser una combinación de estos dos tipos, ya que por un lado podrían ser calificadas como enanas  debido a su poco brillo, pero por otro lado se podrían considerar galaxias típicas en virtud a su gran tamaño.

La Vecindad de las Galaxias

Al igual que los seres humanos, las galaxias, viven en el “campo” o en la “ciudad” y las mismas se pueden clasificar en función de ello, ya que sus propiedades cambian según donde se encuentren.

Las galaxias que viven en las ciudades, son aquellas que están en conglomerados de miles de galaxias llamados cúmulos, una de las estructuras más grandes del universo conocidas hasta el momento. Aquí la interacción entre ellas es mucho más fuerte e intensa que las que viven en el campo.

Galaxia ultra-difusa DF2 del trabajo de Peter van Dokkum 2019. Esta galaxia está ubicada a una distancia de aproximadamente 20 Mpc. Se estima una masa estelar del orden de 1.5×10⁸ masas solares y un radio efectivo de 1.6 kpc.

Estas interacciones frecuentes entre galaxias de cúmulos hacen que muchas veces pierdan una fracción importante del gas que poseen, es decir el combustible para formar nuevas estrellas,  dando lugar a una población estelar preferentemente envejecida y predominantemente rojiza. A este proceso se le suele denominar apagado de la formación estelar. Por el contrario, las galaxias de campo no sufren este tipo de interacciones y al no perder su gas mantienen una tonalidad más bien azulada, característica de estrellas jóvenes y con una alta tasa de formación estelar.

Hace alrededor de cuatro décadas, gracias a los nuevos y potentes telescopios, comenzaron a observarse galaxias de coloración rojiza en el campo, es decir fuera de los cúmulos, generando un nuevo interrogante en relación a la formación y evolución de galaxias. En ese sentido, este descubrimiento ponía en jaque todo lo conocido hasta el momento. Según la bibliografía, una galaxia fuera de un cúmulo que no ha sufrido interacción con otras galaxias vecinas, debería poseer un color azulado ya que vive en una zona de baja densidad de galaxias, por lo tanto debería poseer  gas y estrellas jóvenes. En cambio, estas nuevas galaxias descubiertas presentaban características de una galaxia envejecida.

Sobre la investigación

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.

Sección cúbica de 12 Mpc de lado de la caja de la simulación TNG50. Las estrellas indican la posición de la muestra de UDGs formadoras de estrellas (estrellas azules) y apagadas (estrellas rojas) en esta región. El panel en amarillo muestra una imagen de la UDG DF44 del trabajo de Peter Van Dokkum 2015.Esta galaxia (DF44) posee un radio efectivo de 4.6 kpc y una masa estelar de aproximadamente 3×10⁸ masas solares.

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. 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.

“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

 

Equipo de Trabajo
Jose´ A. Benavides 1;2 , Laura V. Sales3 , Mario. G. Abadi 1;2 , Annalisa Pillepich 4 , Dylan

 Nelson 5 , Federico Marinacci 6 , Michael Cooper 7 , Ruediger Pakmor 8 , Paul Torrey 9 ,

Mark Vogelsberger 10 , Lars Hernquist 11 .

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. USA

4Max-Planck-Institut fü r Astronomie, Königstuhl 17.Germany

5 Institut fü r theoretische Astrophysik, Zentrum fü r Astronomie, Universitat Heidelber  Germany

6 Department of Physics and Astronomy ”Augusto Righi”, University of Bologna. Italy

7 Department of Physics and Astronomy, University of California. USA

8 Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Germany

9 Department of Astronomy, University of Florida. USA

10 Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology. USA

11 Institute for Theory and Computation, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.USA