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¿Cómo se forman las galaxias lenticulares?

  • Título del artículo original: SDSS-IV MaNGA: The Formation Sequence of S0 Galaxies
  • Autores:  Fraser-McKelvie, Amelia; Aragón-Salamanca, Alfonso; Merrifield, Michael; Tabor, Martha; Bernardi, Mariangela; Drory, Niv; Parikh, Taniya; Argudo-Fernández, Maria
  • Institución del primer autor: School of Physics & Astronomy, University of Nottingham, Reino Unido.
  • Estado: publicado en MNRAS en Septiembre de 2018.

Las galaxias se pueden clasificar de acuerdo a su forma siguiendo la llamada secuencia de Hubble, mostrada en la figura 1. Las que tienen forma elíptica se denotan por la letra E más un número que da una idea de su elipticidad (por ejemplo, E0 tendría forma de esfera, y E6 sería más elongada, como un balón de rugby). Las espirales se denotan por S y una letra (a, b o c), según lo abiertos que estén sus brazos espirales. Si además tienen una estructura central en forma de barra, se añade la letra B tras la S. Por último, las galaxias lenticulares son tipo S0, y tienen forma de disco con una mayor cantidad de estrellas en el centro (su núcleo).

Figura 1: diagrama de Hubble, también llamado diagrama “Tuning Fork”, por su forma que recuerda a un diapasón. Las imágenes de las galaxias han sido obtenidas del catálogo Sloan (SDSS). Crédito: Karen L. Masters (ICG Portsmouth).

Al principio se pensaba que la secuencia de Hubble era una secuencia evolutiva galáctica, yendo de izquierda a derecha. Sin embargo, últimamente se ha visto que esto es más bien al contrario, que las galaxias espirales se van transformando en lenticulares o elípticas.

Los mecanismos por los cuales las espirales se transforman en lenticulares no están claros del todo; se piensa que con el tiempo pierden el gas que contienen, “desvaneciéndose” de este modo sus brazos espirales hasta quedar la galaxia con forma de un disco difuminado. Otro posible mecanismo es la fusión de dos galaxias que chocan. En este caso, primero se formaría el núcleo de la galaxia y luego el disco, mediante la acreción de gas de su ambiente cósmico.

¿Cuál de estos dos escenarios de formación de galaxias lenticulares domina? ¿Se forman el disco y el núcleo a la vez, o evolucionan de manera distinta?

Este trabajo aporta algunas pistas para responder a estas preguntas. Para ello, los autores han utilizado una gran muestra de galaxias del catálogo MaNGA (Mapping Nearby Galaxies at APO), que es un catálogo de galaxias cercanas observadas con un espectrógrafo 3D, también llamado unidad de campo integral (IFU, por sus siglas en inglés). Los IFU toman imágenes en distintas longitudes de onda, generando cubos de datos que resultan en tener un espectro en cada punto de la imagen (llamado “spaxel” en lugar de “pixel”). El espectro de una estrella es la descomposición de su luz en los colores (longitudes de onda) que la componen. Nos da información de ciertas características como su composición química, su temperatura e incluso su velocidad. Para estudiar una galaxia con espectroscopía, sólo se descompone la luz de la región de la galaxia que abarca la rendija o fibra del espectrógrafo en cuestión. Por esto, para poder conocer las propiedades de distintas zonas de una galaxia, necesitamos observarlas con los IFU, para poder tener resolución espacial, es decir tener espectros en cada región de la misma.

Pero en este catálogo hay galaxias de todos los tipos… ¿cómo se pueden seleccionar sólo las que tengan forma de disco de entre unas ~10 000 galaxias? Pues usando gente de todas partes del mundo que se aburran en su tiempo libre, ¡claro! Esto es la base del proyecto de ciencia ciudadana Galaxy Zoo, en el que cualquier persona, sea científica o no, puede colaborar mirando imágenes de galaxias y clasificándolas según su forma (tú también puedes intentarlo aquí). Para poder estudiar las características espectrales del núcleo y del disco por separado, los autores descomponen cada imagen 3D delimitando ambas zonas de la galaxia, como se puede ver en la figura 2.

Figura 2: ejemplos de la descomposición de las imágenes de galaxias lenticulares en núcleo (izquierda) y disco (centro). El gradiente de color da una idea de la intensidad luminosa. A la derecha se muestran las imágenes en color de las galaxias. El hexágono rosa delimita el campo de visión de MaNGA. Esta figura corresponde a la figura 3 del artículo original.

Para averiguar las edades y la metalicidad (cantidad de metales, en astrofísica se llaman metales a todos los elementos más pesados que el helio) de las estrellas que forman parte de las galaxias seleccionadas, los autores utilizan una serie de índices espectrales (relaciones entre la intensidad de las distintas líneas que se pueden observar en el espectro), y descubren dos poblaciones (dos tipos) de galaxias S0: una población de galaxias masivas con estrellas viejas y ricas en metales, y otra población de galaxias menos masivas con estrellas más jóvenes y pobres en metales.

Pero si todas las galaxias lenticulares tienen la misma forma, ¿por qué encontramos dos poblaciones con características tan diferentes? Parece ser que la respuesta esté en el mecanismo por el cual se forman unas y otras: posiblemente las menos masivas sean espirales cuyos brazos se han desvanecido mientras que las más masivas sean producto de fusiones de galaxias. Incluso en astrofísica, ¡las apariencias engañan!

Además, gracias a que en este trabajo los autores han podido estudiar por separado el núcleo y el disco de cada galaxia, han podido confirmar también que a grandes rasgos evolucionan de manera similar. Sin embargo, se ha visto que las galaxias menos masivas tienen núcleos un poco más jóvenes que sus discos. La explicación que proponen es que estas galaxias han engullido gas de su entorno, lo que propicia la formación de una nueva generación de estrellas en el núcleo, que se rejuvenece. También han visto que lo opuesto ocurre para las galaxias más masivas, es decir, que sus núcleos son más viejos que sus discos, lo que parece corroborar que se formaron de manera muy distinta.

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  1. Pingback: Conectando las propiedades de galaxias a sus historias de formación estelar | Astrobites en español - 21/02/2019

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