La muerte de las galaxias

• Título: Strangulation as the primary mechanism for shutting down star formation in galaxies
• Autores: Y. Peng, R. Maiolino, & R. Cochrane
• Institución del primer autor: Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Cambridge, UK
• Estado: Publicado en Nature
• Astrobite original: por Stacy Kim

El gas frío en las galaxias a través de procesos violentos y caóticos que incluyen turbulencia, campos magnéticos, y claro la gravedad, es transformado en calientes estrellas que iluminan la inmensidad del cosmos con su brillo. Estas viven bastante en calma y calladas generando de manera rutinaria helio fusionando el hidrógeno en su núcleo. Aquellas estrellas más masivas eventualmente además de fusionar el hidrógeno para producir helio pueden producir elementos más pesados que el helio (los astrónomos llaman estos elementos “metales”), y luego pueden devolver una significante fracción de su masa a sus alrededores. Las estrellas aún más masivas mueren en una gran explosión llamada supernova. En las supernovas estas expulsan vasta cantidades de metales (pueden expulsar hasta decenas de veces la masa del sol) devuelta al gas original en el que fueron creadas y así dan paso a la creación de nuevas generaciones de estrellas.

Pues gas son, y al gas volverán. Este ciclo de vida estelar pasa y se repite en las guarderías galácticas. A través de este proceso generaciones de estrellas se forman incrementando la masa estelar y el contenido de metales en el gas frío de la galaxia donde se forman. Para sostener este proceso la galaxia atrae nuevo material libre de metales de la red de galaxias a la que pertenece. Galaxias masivas son alimentadas también a medida que el material caliente que les rodea se enfría.

No ha sido un trabajo fácil. Décadas catalogando las diferentes galaxias han revelado dos distintos tipos. Un grupo donde la formación estelar es activa, y el segundo grupo donde ya no pasa este proceso de formación de estrellas. A este segundo grupo de galaxias se les llama “rojas” (esto es debido a la abundancia de estrellas frías y viejas de color rojo), también se les conoce como galaxias “muertas” o “extintas”. En estas galaxias la formación de estrella también estuvo presente pero en una época pasada lejana.

¿Que pudo haber causado el cese de formación de estrellas en estas galaxias? Hay varias razones relacionadas con el hecho de que la galaxia necesita de una fuente que la supla de gas frío. Si esta fuente de gas se acaba, en algunos miles de millones de años la galaxia dejara de crear nuevas estrellas y “morirá”. Es también posible que las galaxias incluso aceleren su “muerte”. Una galaxia típica en proceso de formar estrellas irremediablemente expulsa gas a sus alrededores a la misma velocidad, o al menos comparable, a la velocidad que convierte gas en estrellas. Para las galaxias que se encuentran en un grupo los peligros se multiplican. La fuente de gas de una galaxia puede irsele acabando a medida que se va acercando a un grupo de galaxias muy poblado. Este proceso es llamado “Estrangulación”, en este proceso a la galaxia se le elimina el flujo de gas nuevo frío.

Figure 1. Ilustración de los dos escenarios de extinción de las galaxias y sus efectos en la metalicidad final de las galaxias. En el primer escenario ocurre una repentina y rápida eliminación del deposito de gas de la galaxia. Esto resulta en una galaxia pasiva sin formacion estelar con la misma masa y sin incremento en la metalicidad. En el segundo escenario la formación estelar puede continuar y esto resulta en una galaxia “muerta” pero con la metalicidad de las estrellas aumentada debido a que la formación estelar continuo luego de que el flujo de gas hacia la galaxia fuera cortado.

Los autores del artículo de esta semana tratan de estudiar estos procesos de extinción de galaxias. Estos se preocupan de que le pasa a la galaxia cuando se le corta el flujo de nuevo gas frío (es decir cuando esta es “estrangulada”). Estas galaxias “estranguladas” que sufrieron un corte en su flujo de gas frío se verían diferentes al resto de las galaxias. La diferencia estaría en la metalicidad de estas galaxias. Por algunos millones de años después de la galaxia haber sido estrangulada el proceso de formación estelar puede seguir, incrementado así la metalicidad y masa estelar de la galaxia. Esto pasa ya que estas galaxias ya no tienen un flujo de nuevo gas libre de metales así que nuevas estrellas ahora ricas en metales se forman incrementando así la metalicidad estelar de la galaxia estrangulada. Contrario a lo que uno podría esperar, las galaxias con menos estrellas generalmente tienen a tener una menor cantidad de gas frío para la formación estelar. Después de que estas galaxias son estranguladas estas también pueden seguir formando estrellas y también esto significa un incremento en la metalicidad de las estrellas en la galaxia. Para estas galaxias menos masivas este incremento en la metalicidad es mayor que el aumento en galaxias más masivas.

Los autores estudiaron los espectros de 26,000 galaxias cercanas (con un corrimiento hacia el rojo de z ~ 0.1). Estas galaxias forman parte del catalogo del telescopio de exploración digital del espacio Sloan. Estas fueron divididas en dos grupos. Galaxias en proceso de formación estelar y las que no están formando estrellas. Estas fueron clasificadas así basándose en cuan rojas estas parecían y en la falta de gas ionizado para poder formar nuevas galaxias. Los autores graficaron las diferencias en la metalicidad. Ellos encontraron que para galaxias con menos de 10^11 masas solares, la diferencia promedio en metalicidad era la esperada para galaxias estranguladas. De hecho, los resultados concordaban tan bien con lo esperado que estos argumentan que el principal método de como las galaxias mueren es ser estranguladas. Para confirmar estos resultados, los autores midieron las edades de las estrellas en galaxias pasivas y activas. Ellos encontraron que la diferencia promedio era de 4 mil millones de años.

Esto es un un paso importante para el entendimiento de como algunas galaxias mueren y otras no. Aunque es preciso recalcar que muchas preguntas todavía permanecen sin responder. ¿Cómo exactamente es estrangulada una galaxia? ¿Cómo podemos identificar los mecanismos de extinción de galaxias con una masa mayor a 10^11 la masa del sol?, ¿A que se debe que al parecer el mecanismo de extinción de las galaxias es el de ser estranguladas? ¿En otras galaxias otros procesos son más importantes?

imagen de portada:  Galaxia NGC 1316.  Credito: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)