Evolución de las Galaxias Post brote estelar

Título: The Evolutionary Sequence of Post-Starburst Galaxies
Autores: C. L. Wilkinson, K. A. Pimbblet, J. P. Stott
Institución del primer autor: E. A. Milne Centre for Astrophysics, University of Hull, Cottingham Road, Kingston Upon Hull, HU6 7RX, UK
Estatus: Aceptado en MNRAS
Astrobite original: Links in the Evolution Chain of Post-Starburst Galaxies

Varios eones en una sola imagen

Si has dado una mirada rápida, casual en el cielo nocturno, podría haber notado algunas estrellas brillantes, brillando bravamente al lado de la luna. Pero si miras lo suficiente y lo suficientemente profundo, te darás cuenta de que hay mucho más por ahí que unas cuantas estrellas centelleantes. La figura 1 muestra una hermosa instantánea del Hubble Ultra Deep Field, donde podemos ver no sólo estrellas, sino también galaxias, ¡casi 10,000! – en un área que es sólo alrededor de una décima parte de la Luna llena. Las galaxias que vemos vienen en todo tipo de formas, tamaños, edades y colores, pero los astrónomos, al igual que los autores del articulo de hoy, creen que hay similitudes y patrones en cómo cada una de estas galaxias crecen y evolucionan.

Figura 1: Una imagen del Hubble Ultra Deep Field, cortesía del telescopio Hubble. Podemos ver casi 10,000 galaxias en esta imagen, que tiene un tamaño de sólo una décima parte de la luna llena. Crédito de la imagen: NASA, ESA, y S. Beckwith (STSci) y el equipo de HUDF.

Sin embargo, confirmar y probar estos patrones propuestos de evolución no es tarea fácil. Seguir la evolución de estas galaxias en tiempo real no es ni cerca tan rápido y emocionante como, por ejemplo, ver crecer la hierba . Esto se debe a que las galaxias evolucionan durante millones y millones de años. En su lugar, los astrónomos infieren cómo las galaxias evolucionan utilizando pistas de observaciones y simulaciones.

Un método es usando diagramas de color-magnitud de muchas, muchas galaxias. Los diagramas de color-magnitud trazan el color de una galaxia en función de su magnitud absoluta. El color de una galaxia nos dice cuán rápidamente esa galaxia está produciendo estrellas a través del tiempo, es decir, la tasa de formación de estrellas de la galaxia. Las galaxias más azules tienden a tener una tasa de formación de estrellas más alta que las galaxias más rojas. Y la magnitud absoluta de una galaxia nos dice cuán brillante, o luminosa, es la galaxia. Las galaxias con más estrellas tienden a ser más luminosas que las galaxias con menos estrellas.

La figura 2 muestra un esquema muy simple de un diagrama de color-magnitud de una galaxia. A partir de las observaciones de muchas galaxias, los astrónomos han observado que las galaxias típicamente caen dentro de tres gamas principales: la secuencia roja, el valle verde y la nube azul. Las galaxias en la nube azul tienden a formar muchas nuevas estrellas, mientras que las galaxias en la secuencia roja no suelen formar estrellas activas. El valle verde actúa como una transición entre las dos regiones, y es mucho menos poblado.

Una teoría de la evolución de las galaxias muestra que las galaxias evolucionan desde cerca de la nube azul, hacia arriba a través del valle verde, y en la secuencia roja con el tiempo. Pero en la práctica, las galaxias no siempre están tan bien en una línea recta desde un punto del diagrama a otro.

Figura 2: Esquema simple del diagrama de color-magnitud de la galaxia. El eje x da la luminosidad de la galaxia, aumentando de izquierda a derecha, lo que nos dice sobre cuántas estrellas hay en la galaxia (las galaxias más brillantes pueden tener más estrellas). El eje y es el color, que va del azul al rojo, e indica la velocidad a la que la galaxia está produciendo estrellas (las galaxias más azules pueden producir estrellas más rápidamente que las galaxias más rojas). Las tres regiones donde habitualmente residen las galaxias (la nube azul, el valle verde y la secuencia roja) se etiquetan cada una. Crédito de la imagen: “Galaxy Color-Magnitude Diagram”, Wikimedia Commons.

De rojo a azul y de nuevo

Los autores de hoy exploraron un tipo de galaxia que ha sido un poco rara en el diagrama de color-magnitud: la galaxia E+A. Las galaxias E+A son galaxias post-starburst (en español podría ser traducido como post brote estelar), lo que significa que las galaxias produjeron una vez estrellas a una velocidad relativamente alta en etapa previas de sus vidas, pero se han calmado desde entonces. Estas galaxias son elípticas (lo que significa que tienen forma de elipses 3D), y tienen una abundancia de estrellas jóvenes de clase A (que, en promedio, son unas 80 veces más brillantes que nuestro Sol). Estas galaxias parecen ser un vínculo crucial entre las galaxias en forma de espiral que forman estrellas en su medio y galaxias elípticas que ya no forman estrellas.

Grupos anteriores de astrónomos han trazado las galaxias E + A  en el diagrama de color-magnitud – y encontró que las galaxias caen en diferentes regiones! Un grupo de investigación, por ejemplo, encontró que la mayoría de las galaxias E+A están en la nube azul. Otro grupo de investigación, sin embargo, vio que las galaxias E + A terminan en el lado más rojo de la nube azul, y se incorporan en el valle verde. Y, sin embargo, otro grupo de investigación observó que las galaxias E+A están en el lado azul de la secuencia roja y se fusionan en el valle verde desde allí.

Entonces, ¿cómo es que estas galaxias E+A han terminado en tantos lugares diferentes en el diagrama de color-magnitud? Esta fue una de las preguntas que los autores de hoy se propusieron contestar. Se preguntaron si estas diferencias provienen de diferencias en los métodos utilizados para clasificar las galaxias E+A mismas.

Arrojando algo de luz a la situación. 

Los astrónomos pueden clasificar las galaxias usando sus espectros. Un espectro es la luz que un objeto (como una estrella, o una galaxia en general) emite en función de la longitud de onda. Los espectros pueden tener características de absorción, que parecen hundimientos en los espectros, así como características de emisión, que parecen picos. El tipo de características de absorción y emisión que tiene un espectro de galaxias nos puede dar una idea de la composición de la galaxia.

no tiene la emisión de [O II] (también conocido como oxígeno ionizado, el cual emite a una longitud de onda de 3727 Angstroms), pero tiene una fuerte absorción de H-delta. 

Los autores señalan que muchos grupos de investigación han clasificado una galaxia como una galaxia E+A si su espectro no tiene la emisión de [O II] (también conocido como oxígeno ionizado, el cual emite a una longitud de onda de 3727 Angstroms), pero tiene una fuerte absorción de H-delta. Esto se debe a que la ausencia de la emisión de [O II] implica que la galaxia ya no está formando estrellas, mientras que la fuerte absorción de H-delta es una indicación de que la galaxia probablemente tenga nuevas estrellas de clase A en su medio. Otros grupos de investigación, sin embargo, también requieren que una galaxia carezca de emisión de H-alfa para ser una galaxia E+A. La falta de emisión de H-alfa es otro indicador más difícil para la formación de estrellas.

Los autores de hoy teorizan que estas diferentes maneras de clasificar las galaxias E+A podrían ser la causa de su dispersión escalonada a través del diagrama de color-magnitud. Para probar esta teoría, los autores exploraron una muestra de más de 190 galaxias divididas en tres grupos:

• “Fuerte H-delta”: Galaxias con fuerte absorción de H-delta
• “General E+A”: Galaxias con fuerte absorción de H-delta y  la falta de la emisión de [OII]
• “Pura E+A”: Galaxias con fuerte absorción de H-delta y la falta de la emisión de [OII] y la falta de la emisión de H-alfa

Figura 3: Un diagrama de color-magnitud de los tres grupos que los autores consideraron. El eje x es la magnitud absoluta, que indica el brillo de la galaxia (el brillo aumenta de derecha a izquierda). El eje y es el color (que va del azul al rojo). Cada triángulo azul es una galaxia con fuerte absorpción en H-delta, cada círculo verde es una galaxia general E+A, y cada cuadrado rosa es una galaxia E+A pura de su muestra. Los grises de fondo representan galaxias  de un conjunto de datos conocido como SDSS DR7 . Los contornos rojos describen la secuencia roja y las regiones de nube azul son basadas en los datos SDSS DR7, mientras que la línea roja discontinua separa las dos regiones. (Figura 4 del artículo original).

La figura 3 ilustra un gráfico de estos tres grupos diferentes en un diagrama de color-magnitud. Los autores descubrieron que la mayoría de las galaxias E+A puras se encuentran perfectamente en la secuencia roja. Todas juntas, las galaxias fuertes H-delta y general E+A caen más hacia la nube azul. Las galaxias fuertes H-delta se concenctran en la nube azul, mientras que las galaxias generales E+A se concenctran en el valle verde.

Los autores también examinaron cómo la forma y el medio ambiente de las galaxias varían entre estos tres grupos. Llegaron a la conclusión de que estos tres grupos de galaxias, en lugar de ser instancias del mismo tipo de galaxia, son tal vez enlaces en su propia secuencia evolutiva para las galaxias post-starburst. Los autores propusieron la siguiente pista: las galaxias fuertes H-delta más azules tendrían alguna formación estelar residual; pero con el tiempo perderían esa formación estelar, transformándose a través de las galaxias E+A en el valle verde hacia las galaxias puras E+A sentadas pasivamente en la secuencia roja.

Con esta pista, tenemos nuevos enlaces para agregar a la larga cadena cósmica de la evolución de la galaxia. Y con cada mirada larga y profunda que tomamos de un parche del cielo nocturno, podemos ver una imagen más clara de los patrones que conectan esas miles de galaxias más allá de las nuestras.