Publicado 06/09/2021 17:55CET

Explicación el origen de las raras galaxias enanas solitarias

A la izquierda, una de las galaxias ultradifusas que se analizó en la simulación. A la derecha, la imagen de la galaxia DF2, que es casi transparente.
A la izquierda, una de las galaxias ultradifusas que se analizó en la simulación. A la derecha, la imagen de la galaxia DF2, que es casi transparente. - ESA/HUBBLE

   MADRID, 6 Sep. (EUROPA PRESS) -

   Simulaciones han descrito el origen de las galaxias ultradifusas "apagadas", que probablemente se unieron dentro de halos de materia oscura con un momento angular inusualmente alto.

   Por definición, las galaxias enanas son pequeñas y tenues, con apenas una fracción de las estrellas que se encuentran en la Vía Láctea y otras galaxias. Sin embargo, hay gigantes entre las enanas: las galaxias ultradifusas (GUD), sistemas enanos que contienen relativamente pocas estrellas pero dispersas en vastas regiones. Al ser tan difusos, estos sistemas son difíciles de detectar, aunque la mayoría se han encontrado escondidos dentro de cúmulos de galaxias más grandes y brillantes.

   Ahora, astrónomos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y de la Universidad de California y el Instituto de Astronomía Teórica y Experimental de Argentina han utilizado simulaciones detalladas para detectar galaxias enanas "apagadas", un tipo raro de galaxia enana que ha dejado de generar estrellas. Identificaron varios sistemas de este tipo en sus simulaciones y descubrieron que las galaxias no estaban en cúmulos, sino exiliadas en vacíos, regiones tranquilas y casi vacías del universo. Los resultados se publican en Nature Astronomy.

   Este aislamiento va en contra de las predicciones de los astrónomos sobre cómo deberían formarse las GUD apagadas. Por ello, el equipo utilizó las mismas simulaciones para rebobinar la evolución de los sistemas enanos y ver exactamente cómo se formaron.

   Los investigadores descubrieron que las GUD apagadas probablemente se unieron dentro de halos de materia oscura con un momento angular inusualmente alto. Como si se tratara de una máquina de algodón de azúcar, este entorno extremo puede haber hecho girar galaxias enanas que estaban anormalmente estiradas.

   Estas galaxias enanas evolucionaron entonces dentro de cúmulos de galaxias, como la mayoría de las galaxias enanas. Pero las interacciones dentro del cúmulo probablemente expulsaron a las enanas al vacío, dándoles trayectorias anchas y en forma de bumerán. En el proceso, el gas de las galaxias fue eliminado, dejando a las galaxias "apagadas" e incapaces de producir nuevas estrellas.

   Las simulaciones mostraron que tales DUG deberían ser más comunes de lo que se ha observado. Los investigadores afirman que sus resultados proporcionan un modelo para que los astrónomos vayan en busca de estos gigantes enanos en los vacíos del universo.

   "Siempre nos esforzamos por conseguir un consenso completo de las galaxias que tenemos en el universo --señala en un comunicado Mark Vogelsberger, profesor asociado de física en el MIT--. Este estudio añade una nueva población de galaxias que la simulación realmente predice. Y ahora tenemos que buscarlas en el universo real".

   La búsqueda de las GUD apagadas por parte del equipo comenzó con un simple estudio de los satélites de los estas galaxias, sistemas ultradifusos que residen fuera de los cúmulos de galaxias. Los astrónomos predicen que las GUD dentro de los cúmulos deberían estar apagados, ya que estarían rodeados por otras galaxias que esencialmente frotarían el gas ya difuso de las GUD y apagarían la producción de estrellas. Las GUD apagadas en los cúmulos deberían estar formadas principalmente por estrellas viejas y tener un color rojo.

   Si las GUD existen fuera de los cúmulos, en el vacío, se espera que continúen produciendo estrellas, ya que no habría gas competidor de otras galaxias para apagarlas. Por lo tanto, se prevé que en el vacío sean ricas en estrellas nuevas y que aparezcan de color azul.

   Cuando el equipo analizó las detecciones anteriores de satélites, fuera de los cúmulos, descubrió que la mayoría eran azules, como se esperaba, pero unos pocos eran rojos. "Eso es lo que nos llamó la atención -señala Laura Sales, de la Universidad de California--. Y pensamos: '¿Qué están haciendo ahí? ¿Cómo se formaron?' No había una buena explicación".

   Para encontrar una, los investigadores recurrieron a TNG50, una detallada simulación cosmológica de la formación de galaxias desarrollada por Vogelsberger y sus compañeros de investigación. La simulación se ejecuta en algunos de los superordenadores más potentes del mundo y está diseñada para hacer evolucionar un gran volumen del universo, desde las condiciones que se asemejan a las de poco después del Big Bang hasta la actualidad.

   La simulación se basa en principios fundamentales de la física y en las complejas interacciones entre la materia y el gas, y sus resultados han demostrado coincidir en muchos escenarios con lo que los astrónomos han observado en el universo real. Por ello, el TNG50 se ha utilizado como modelo preciso de cómo y dónde evolucionan muchos tipos de galaxias a lo largo del tiempo.

   En su nuevo estudio, Vogelsberger, Sales y Benavides utilizaron el TNG50 para ver primero si podían detectar GUD apagadas fuera de los cúmulos de galaxias. Empezaron con un cubo del universo primitivo que medía unos 150 millones de años luz de ancho, y ejecutaron la simulación hacia adelante, hasta el día de hoy. A continuación, buscaron en la simulación específicamente GUD en vacíos, y encontraron que la mayoría de los que detectaron eran azules, como se esperaba. Pero un número sorprendente -alrededor del 25 por ciento- eran rojos, o estaban apagados.

   Se centraron en estas enanas rojas satélites y utilizaron la misma simulación, esta vez como una especie de máquina del tiempo para ver cómo, cuándo y dónde se originaron estas galaxias. Descubrieron que los sistemas formaban inicialmente parte de cúmulos, pero que, de alguna manera, fueron lanzados al vacío, en una órbita más elíptica, "de espaldas".

   "Estas órbitas son casi como las de los cometas en nuestro sistema solar --añade Sales--. Algunos salen y vuelven a orbitar, y otros pueden entrar una vez y no volver a hacerlo". En el caso de las GUD apagadas, como sus órbitas son tan elípticas, no han tenido tiempo de volver, ni siquiera a lo largo de toda la edad del universo. Siguen ahí, en el campo".

   Las simulaciones también mostraron que el color rojo de las GUD apagadas surgió de su eyección, un proceso violento que eliminó el gas de formación estelar de las galaxias, dejándolo apagado y rojo. Al ejecutar las simulaciones más atrás en el tiempo, el equipo observó que los sistemas diminutos, como todas las galaxias, se originaron en halos de materia oscura, donde el gas se fusiona en discos galácticos. Pero en el caso de las GUD apagadas, los halos parecían girar más rápido de lo normal, generando galaxias estiradas y ultradifusas.

   Ahora que los investigadores comprenden mejor dónde y cómo surgieron las GUD apagadas, esperan que los astrónomos puedan utilizar sus resultados para afinar los telescopios, con el fin de identificar más enanas rojas aisladas de este tipo, que las simulaciones sugieren que deben estar al acecho en un número mayor del que los astrónomos han detectado hasta ahora.

   "Es bastante sorprendente que las simulaciones puedan producir realmente todos estos objetos tan pequeños --afirma Vogelsberger--. Predecimos que debería haber más galaxias de este tipo por ahí. Esto hace que nuestro trabajo sea bastante emocionante".

Contador