Galaxias rojas en la noche, ¡deleite para los astrónomos!

• Título del artículo: The Dawn of the Red: Star formation histories of group of galaxies over the past 5 billion years
• Autores: Sean L. McGee, Michael L. Balogh, David J. Wilman, Richard G. Bower, John S. Mulchaey, Laura C. Parker, and Augustus Oemler
• Institución del primer autor: Universidad de Waterloo, Ontario, Canada
• Estado del artículo I: Aceptado en MNRAS [acceso abierto en arXiv]
• Astrobite: Red Galaxies at Night! Astronomers’ Delight! por Mitchell Cavanagh

Las galaxias son una verdadera maravilla del universo. Inimaginablemente grandes, pueden contener cientos de miles de millones de estrellas. La ubicación de una galaxia es un factor importante en su evolución general, ya que este proceso puede verse influenciado por su entorno. Una cantidad clave que puede medir el efecto del entorno de una galaxia es la tasa de formación de estrellas (SFR por sus siglas en inglés). Entre otras cosas, el SFR da una idea de cuán activa es la galaxia. Curiosamente, la tasa general de formación de estrellas de las galaxias en el universo ha disminuido con el tiempo, y la formación máxima de estrellas ya ha ocurrido en el universo temprano. Aún más desconcertante es cómo se ha demostrado que esta reducción general se aplica a las galaxias en (casi) todas las masas estelares. El trabajo de hoy tiene la tarea de determinar si esta reducción general aplica en todos los entornos.

Identificar galaxias individuales con amigos

Para estudiar la influencia a gran escala de los efectos ambientales en la formación estelar de las galaxias, es crucial obtener muestras a grandes distancias y con el campo de visión lo mas amplio posible. Este trabajo utilizó los resultados de dos encuestas: la Colaboración de Medio Ambiente y Evolución del Grupo de alto desplazamiento hacia el rojo (GEEC, por sus siglas en inglés) y el Sloan Digital Sky Survey (SDSS) de desplazamiento hacia el bajo rojo. Cuando decimos desplazamiento nos referimos al desplazamiento hacia el rojo referente a qué tan lejos está una galaxia, cuanto más alto es el desplazamiento hacia el rojo, más distante es el objeto).

Los SFR se obtuvieron ajustando las distribuciones de energía espectral (SED) a cada muestra, esto proveyó información de la energía emitida por el objeto en diferentes longitudes de onda. La encuesta GEEC obtuvo desplazamientos al rojo espectral para 6000 galaxias en un área total del cielo a 1.5 grados cuadrados (un área en el cielo más pequeña que la de un pulgar extendido) con alrededor de 200 grupos de galaxias únicos identificados usando un algoritmo de amigos-de-amigos (un tipo de algoritmo de percolación que procesa separaciones entre pares de muestras). Este trabajo también utilizó los resultados del “Data Release 6” (lanzamiento de datos 6) de SDSS (más de 790,000 muestras en 1/6 del cielo aproximadamente). Para este segundo conjunto de muestras, los algoritmos de búsqueda grupal se usaron nuevamente para este segundo conjunto de muestras con el fin de separarlas en galaxias grupales (aquellas en grupos o de otra manera juntas) o galaxias de campo (aquellas que existen en forma aislada).

El ajuste de SED se logró usando primero un conjunto de ejemplos de SED de galaxias con parámetros conocidos, luego ajustando este modelo a la fotometría (propiedades de la luz) de las muestras observadas. El objetivo es obtener los parámetros de galaxias que mejor se ajustan al SED observado dada el modelo SED. Para crear una plantilla de modelo SED, primero se debe tener un modelo de la población estelar. Dada alguna función de masa inicial (una función que describe la distribución inicial de masas estelares) y un modelo que puede calcular las propiedades espectrales de esa población a lo largo del tiempo, es posible estimar los flujos para cada banda fotométrica. El SFR se puede derivar del SED ajustado. Para comparar los resultados, este trabajo utilizó el SFR específico (SSFR), la relación del SFR dividido por la masa estelar, para permitir que las muestras con diferentes masas sean más fácil de comparar.

Galaxias activas y pasivas

La Figura 1 muestra los resultados de las muestras de SDSS. La línea roja punteada marca la división entre las galaxias formadoras de estrellas “azules” activas y las galaxias no-formadoras de estrellas “rojas” pasivas. Es bien sabido que existe una fuerte correlación entre la masa estelar y el SFR, pero la SSFR es aún más útil porque codifica la historia de formación estelar de la galaxia. Como regla general, el SSFR se puede convertir en una tasa de natalidad b multiplicando el SSFR por la edad del Universo (en años). Si esta tasa de natalidad es mayor que 1, entonces la galaxia está formando estrellas más rápidamente que en el pasado (y viceversa). El conjunto de muestras de galaxias en torno a log10 SSFR = −10 en la Figura 1 parece tener una pendiente bien definida. Esta área se ha denominado la secuencia principal de las galaxias formadoras de estrellas, porque las tasas de natalidad de estas galaxias están alrededor de b ~ 1, lo que sugiere que han estado formando estrellas a este ritmo durante la mayor parte de su vida. Los grupos de muestras debajo de la línea roja corresponden a galaxias quiescentes; aquellos que ya no forman estrellas. Curiosamente, la forma del gráfico tanto para las galaxias de campo como para las de grupo es casi idéntica. Además, esta forma también se refleja en las muestras de GEEC (Figura 2).

El resultado principal de este trabajo se encuentra en la Figura 3, donde se muestran los promedios de SSFR de las galaxias formadoras de estrellas (correspondientes a las secuencias principales en las Figuras 1 y 2) para cada muestra y grupo ambiental. Inmediatamente está claro que las muestras GEEC de alto desplazamiento al rojo tienen SSFRs consistentemente más altos que las muestras SDSS de bajo desplazamiento al rojo. Por lo tanto, hay una reducción en SFR en todas las masas estelares, así como en todos los entornos (Figura 3).

Galaxias rojas en la mañana…

Se podría argumentar que este es el tipo de artículos produce más preguntas que respuestas. Aunque se ha demostrado que la disminución de SFR es independiente del medio ambiente, la fracción de galaxias formadoras de estrellas todavía tiene una fuerte dependencia ambiental (ver Figura 4). Esto demuestra cómo los entornos aún juegan un papel importante en la evolución de las galaxias.

Este trabajo ha demostrado que las galaxias formadoras de estrellas en todos los entornos muestran una disminución sistemática e independiente de la masa de SFR de z = 0.4 (hace aproximadamente 4 mil millones de años) a z = 0.08 (hace aproximadamente mil millones de años). Curiosamente, también descubrieron que la fracción de galaxias pasivas (aquellas que han dejado de formar estrellas) es mayor en galaxias grupales que en galaxias de campo. Se han propuesto modelos de acrecimiento en un intento de explicar por qué este es el caso. El candidato más prometedor es un proceso conocido como estrangulamiento, donde el gas caliente que rodea a una galaxia se elimina cuando la galaxia se convierte en un satélite de un halo masivo de materia oscura. A pesar de esto, muchos modelos producen más de las tan llamadas galaxias “verdes” (es decir, aquellas en transición de activa a pasiva) que las que se han observado en la actualidad.

Todavía hay más trabajo por hacer para conciliar estas diferencias. Hasta entonces, los secretos detrás de por qué los grupos tienen fracciones pasivas más altas y por qué el SFR general de las galaxias han ido disminuyendo con el tiempo, aún no se han descubierto.