Imaginemos galaxias tan tenues que casi se pierden en la oscuridad del espacio. Estas son las galaxias ultradifusas (UDGs, por sus siglas en inglés), objetos con masas estelares relativamente pequeñas. Estas galaxias llamadas comúnmente enanas, contienen «pocas» estrellas, entre 10 y mil millones, es decir, muchas menos estrellas que las galaxias brillantes como la  nuestra,  la Vía Láctea Esta baja densidad de estrellas les da un brillo superficial tan débil que, a menudo, pasan desapercibidas incluso para los telescopios más potentes. Sin embargo, nuevas investigaciones lideradas por el astrofísico José A. Benavides están arrojando luz sobre estos enigmáticos objetos.

En un reciente artículo publicado en The Astrophysical Journal, un grupo de investigación internacional entre los cuales se encuentran astrónomos del Observatorio Astronómico de Córdoba (OAC), ha utilizado simulaciones cosmológicas avanzadas para estudiar las UDGs. Este trabajo, parte de una serie de investigaciones, se centra en comprender el contenido de materia oscura y la composición química de estas galaxias. «Las UDGs son fascinantes porque desafían nuestras ideas tradicionales sobre cómo se forman y evolucionan las galaxias», comenta Benavides autor principal del trabajo.

Un viaje por las claves de su formación

.Las galaxias se forman en el centro de los halos de materia oscura, enormes estructuras invisibles que actúan como andamiaje gravitacional en el universo. Dentro de estos halos, el gas y las estrellas se agrupan y evolucionan hasta dar lugar a distintas clases de galaxias.

Estudios previos del equipo de investigación revelaron que las galaxias ultradifusas (UDGs) se forman en halos de materia oscura con un alto momento angular, es decir, que giran rápidamente. Este giro, o «espín», se transfiere al material visible de la galaxia, compuesto por gas y estrellas. Como consecuencia, las UDGs se expanden más que otras galaxias enanas de masas similares.”Es como si la rotación rápida impidiera el colapso de la materia visible hacia el centro del halo de materia oscura, formando una galaxia más extendida y difusa  que las galaxias enanas típicas.” agrega Mario Abadi, miembro del equipo e investigador del OAC y del Instituto de Astronomía Teórica y Experimental. Conicet.

Además, el entorno juega un papel importante en la evolución de estas galaxias. En regiones muy densas, como los cúmulos de galaxias, el gas caliente que las rodea puede «arrastrar» el gas interno de las UDGs, un fenómeno conocido como «pérdida por presión de arrastre» (ram pressure en inglés). Esto impide que se formen nuevas estrellas, dejando a las UDGs como galaxias apagadas, con menos actividad estelar y un aspecto envejecido.

Una composición intrigante: cantidad de estrellas y su química

En su reciente artículo, el equipo se centró en la cantidad de estrellas y la abundancia de elementos químicos de las UDGs y las comparó con galaxias enanas normales. Los resultados fueron sorprendentes: las UDGs forman estrellas de manera mucho menos eficiente, lo que se traduce en galaxias pobres en metales como el hierro ([Fe/H]), con niveles un 60% menores que los de sus contrapartes enanas de masa estelar similar.

Los investigadores también detectaron gradientes pronunciados de metalicidad, lo que significa que la composición química varía significativamente desde el centro hasta las regiones externas. «Nuestras UDGs simuladas parecen tener una mayor formación estelar en las regiones internas, lo que se ve reflejado en un gradiente de metalicidad negativo. Interacciones con otras galaxias o dentro de halos masivos hacen que las capas externas, pobres en metales, sean las primeras en ser removidas, dando lugar a perfiles de metalicidad más planos, en buen acuerdo con datos observacionales.», explica Benavides. Esto también implica que las UDGs tienen un perfil químico distintivo que podría ser usado como una huella digital para estudiar sus orígenes.

Desafíos y preguntas por responder

Una cuestión debatida entre los astrónomos es si las UDGs son «galaxias fallidas». Es decir, ¿podrían ser objetos que, en algún momento, tuvieron el potencial de convertirse en galaxias como la Vía Láctea, pero cuya formación estelar fue interrumpida? Las simulaciones sugieren que este es el caso para una fracción de UDGs, especialmente aquellas que habitan en halos de materia oscura.

Además, los investigadores señalan que el contenido de materia oscura de estas galaxias podría explicar sus propiedades cinemáticas inusuales, como dispersiones de velocidad elevadas. Sin embargo, no todas las UDGs encajan en este modelo, lo que sugiere que podrían existir múltiples mecanismos de formación.

El futuro de la investigación

Para Benavides y su equipo, las UDGs representan una oportunidad única para probar y refinar modelos de formación galáctica. «Todavía estamos lejos de entender completamente estas galaxias, pero creemos que estudiar sus perfiles de metalicidad podría ser clave para distinguir entre diferentes escenarios de formación», afirma.

Observar y medir las propiedades de las UDGs es una tarea desafiante debido a su bajo brillo superficial, pero futuros telescopios como el Observatorio Vera Rubin prometen abrir nuevas ventanas al cosmos. «Con cada descubrimiento, nos acercamos más a responder preguntas fundamentales sobre el universo», concluye Benavides.

Las galaxias ultradifusas nos invitan a mirar más allá de lo evidente y a explorar los límites de nuestra comprensión, recordándonos que, incluso en los rincones más oscuros del universo, hay historias esperando ser contadas.

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