Los astrónomos descubren los orígenes de raras galaxias enanas solitarias
Por definición, las galaxias enanas son pequeñas y oscuras, y solo una fracción de las estrellas se encuentra en la Vía Láctea y otras galaxias. Sin embargo, hay gigantes entre las enanas: las galaxias ultradifusas, o UDG, son sistemas enanos que contienen relativamente pocas estrellas pero que están dispersas en grandes áreas. Debido a que son tan difusos, estos sistemas son difíciles de detectar, aunque la mayoría se ha encontrado en cúmulos de galaxias más grandes y brillantes.
Hoy en día, los astrónomos del MIT, la Universidad de California en Riverside y otros lugares han utilizado simulaciones detalladas para detectar UDG «extintas», un tipo raro de galaxia enana que ha dejado de generar estrellas. Identificaron varios de estos sistemas en sus simulaciones y encontraron que las galaxias no estaban en cúmulos, sino más bien exiliadas en vacíos: regiones tranquilas y casi vacías del universo.
Este aislamiento va en contra de las predicciones de los astrónomos sobre cómo deberían formarse los UDG empapados. Entonces, el equipo utilizó las mismas simulaciones para rastrear la evolución de los sistemas enanos y ver exactamente cómo llegaron a ser.
Los investigadores encontraron que los UDG extintos probablemente se agruparon en halos de materia oscura con un momento angular inusualmente alto. Como una máquina de algodón de azúcar, este entorno extremo puede haber hecho girar galaxias enanas que se estiraron inusualmente.
Estos UDG luego evolucionaron dentro de cúmulos de galaxias, como la mayoría de UDG. Pero las interacciones dentro del cúmulo probablemente arrojaron a los enanos al vacío, dándoles amplias trayectorias en forma de bumerán conocidas como órbitas de «salpicaduras». En el proceso, se eliminó el gas de las galaxias, dejando a las galaxias «extintas» e incapaces de producir nuevas estrellas.
Las simulaciones han demostrado que se espera que tales UDG sean más frecuentes de lo que se ha observado. Los investigadores dicen que sus hallazgos, publicados en Nature Astronomy, proporcionan un plan para que los astrónomos busquen estos gigantes enanos en los vacíos del universo.
«Siempre nos esforzamos por lograr un consenso total sobre las galaxias que tenemos en el universo», dice Mark Vogelsberger, profesor asociado de física en el MIT. “Este estudio agrega una nueva población de galaxias que la simulación realmente predice. Y ahora tenemos que buscarlos en el universo real.
Vogelsberger codirigió el estudio con Laura Sales de UC Riverside y José A. Benavides del Instituto de Astronomía Teórica y Experimental de Argentina.
Rojo contra azul
La investigación del extinto equipo UDG comenzó con un simple estudio de los satélites UDG: sistemas ultradifusos que residen fuera de los cúmulos de galaxias. Los astrónomos predicen que los UDG dentro de los cúmulos deberían apagarse, ya que estarían rodeados por otras galaxias que esencialmente eliminarían el gas ya difuso del UDG y detendrían la producción de estrellas. Las UDG empapadas en cúmulos deberían ser en su mayoría estrellas viejas y aparecer de color rojo.
Si las UDG existen fuera de los cúmulos, en el vacío, deberían continuar produciendo estrellas, ya que no habría gas competitivo de otras galaxias para extinguirlas. Por lo tanto, las UDG en el vacío deberían ser ricas en estrellas nuevas y aparecer azules.
Cuando el equipo analizó las detecciones anteriores de satélites UDG, fuera de los cúmulos, encontraron que la mayoría eran azules como se esperaba, pero algunas eran rojas.
“Eso es lo que nos llamó la atención”, dice Sales. «Y pensamos, ‘¿Qué están haciendo aquí? ¿Cómo se formaron? No hubo una buena explicación.
Cubo galáctico
Para encontrar uno, los investigadores recurrieron a TNG50, una simulación cosmológica detallada de la formación de galaxias desarrollada por Vogelsberger y otros en el MIT y en otros lugares. La simulación se ejecuta en algunas de las supercomputadoras más poderosas del mundo y está diseñada para evolucionar un gran volumen del universo, condiciones que se asemejan a las de poco tiempo después del Big Bang hasta la actualidad.
La simulación se basa en los fundamentos de la física y las complejas interacciones entre la materia y el gas, y se ha demostrado en muchos escenarios que sus resultados son consistentes con lo que los astrónomos han observado en el universo real. Por lo tanto, TNG50 se utilizó como un modelo preciso para descubrir cómo y dónde evolucionan muchos tipos de galaxias a lo largo del tiempo.
En su nuevo estudio, Vogelsberger, Sales y Benavides usaron por primera vez el TNG50 para ver si podían detectar UDG extintos fuera de los cúmulos de galaxias. Comenzaron con un cubo en el universo temprano de unos 150 millones de años luz de ancho y han llevado la simulación hasta el día de hoy. Luego, buscaron en la simulación específicamente UDG en los vacíos y encontraron que la mayoría de los que detectaron eran azules, como se esperaba. Pero un número sorprendente, alrededor del 25 por ciento, estaba en rojo o apagado.
Se centraron en estos satélites rojos enanos 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 eran inicialmente parte de grupos, pero que de alguna manera fueron arrojados al vacío, a una órbita más elíptica de «salpicaduras».
“Estas órbitas casi se parecen a las de los cometas de nuestro sistema solar”, dice Sales. “Algunos salen y vuelven a la órbita, y otros pueden entrar una vez y nunca más. Para los UDG empapados, debido a que sus órbitas son tan elípticas, no han tenido tiempo de regresar, incluso durante toda la era del universo. Todavía están en el suelo.
Las simulaciones también mostraron que el color rojo de los UDG empapados resultó de su expulsión, un proceso violento que eliminó el gas de formación de estrellas de las galaxias, dejándolo empapado y rojo. Al rastrear las simulaciones más atrás en el tiempo, el equipo observó que los sistemas diminutos, como todas las galaxias, se originan a partir de halos de materia oscura, donde el gas se fusiona en discos galácticos. Pero para las UDG extintas, los halos parecían girar más rápido de lo normal, generando galaxias estiradas y ultradifusas.
Ahora que los investigadores tienen una mejor comprensión de dónde y cómo aparecieron las UDG extintas, esperan que los astrónomos puedan usar sus resultados para sintonizar telescopios, para identificar más enanas rojas aisladas, que según los investigadores. los astrónomos han detectado hasta ahora.
«Es bastante sorprendente que las simulaciones realmente puedan producir todos estos objetos muy pequeños», dice Vogelsberger. «Predecimos que debería haber más galaxias de este tipo por ahí. Hace que nuestro trabajo sea muy emocionante».
Esta investigación fue financiada en parte por CONICET, NASA y la National Science Foundation.
