Buena suerte asignando este sombrero

Título del artículo técnico: The Strikingly Metal-rich Halo of the Sombrero Galaxy

Autores: Roger E. Cohen, Paul Goudfrooij, Matteo Correnti, Oleg Y. Gnedin, William E. Harris, Rupali Chandar, Thomas H. Puzia, and Rubén Sánchez-Janssen

Institución del primer autor: Space Telescope Science Institute

Estado: accepted to Astrophysical Journal, open access

Astrobite original: Good Luck Sorting This Hat, por Ashley Piccone

¿Es esta galaxia una elíptica (Gryffindor) o una espiral ordinaria (Slytherin)?

La galaxia del Sombrero, famosa por su foma similar a uno, ha sido observada muchas veces. Sin embargo, mantiene un cierto nivel de misterio: de forma similar a como el sombrero seleccionador tuvo dificultades para asignar una casa de Hogwarts para Harry Potter, la galaxia del Sombrero es difícil de encajar en una clasificación de galaxias. De acuerdo al sistema de clasificación de galaxias de Hubble, éstas se asignan en cuatro categorías principales: elípticas, espirales ordinarias, espirales barradas e irregulares. Tenemos una fantástica vista lateral de la galaxia del sombrero, lo que nos permite hacer imágenes tanto de su disco como de su bulbo difuso, como se puede ver en la figura 1. Debido a esta estructura de disco y falta de brazos espirales desarrollados, muchos astrónomos clasifican la galaxia del Sombrero como una espiral temprana. Sin embargo, hay evidencia de que el tamaño del halo del sombrero (su esfera de estrellas extendida) y su número de cúmulos globulares son más similares a valores encontrados en galaxias elípticas. Esto nos lleva a creer que la galaxia del Sombrero podría tener dos componentes progenitores que se fusionaron: una galaxia de disco espiral y una galaxia elíptica, y por tanto, pertenece simultáneamente a dos diferentes casas de Hogwarts.

Los de primer año, por acá…

Para poder determinar cómo se formó la galaxia del Sombrero, los autores del artículo de hoy usaron imágenes del Telescopio Espacial Hubble (HST, por sus siglas en inglés) para analizar el halo de la galaxia. Sus campos de visión para las dos imágenes fueron 16 y 33 kiloparsecs (kpc) sobre el centro de la galaxia, lo cual es bastante lejos del componente más brillante que usualmente reconocemos como el sombrero (ver figura 1).

La meta de estas imágenes era analizar la función de distribución de metalicidad de la galaxia, o cuánto cambia el contenido de metales de las estrellas conforme te mueves más lejos del centro del Sombrero. La metalicidad se mide con la cantidad [Z/H], que toma el logaritmo de la razón de metales (Z) respecto al hidrógeno (H) y la compara con lo que vemos en el Sol. Un valor de metalicidad de 0 significa que una estrella tiene el mismo contenido de metales que el Sol. Valores por encima de 0 son muy ricos en metales, y la metalicidad cae conforme te mueves hacia valores negativos.

En general, las galaxias con halos masivos y una caída más pronunciada de su contenido de metales conforme te alejas del centro tienden a tener menos galaxias progenitoras (galaxias que se fusionaron para formar una nueva galaxia bebé). Por tanto, una función de distribución de metalicidad puede informarnos acerca del número de galaxias progenitoras y la historia de la formación de la galaxia del Sombrero. Podemos también usar una función de distribución de metalicidad para ayudar a clasificar la galaxia del Sombrero, comparando sus valores máximos de metalicidad con valores encontrados en otras galaxias elípticas y espirales conocidas.

¿Escarlata y oro o verde y plata?

Calcular la metalicidad de estrellas requiere fotometría de éstas. Básicamente, tomamos una imagen de una estrella y contamos cuántos fotones recibimos en cada banda de longitudes de onda. En general, las estrellas pobres en metales parecen más azules, y las estrellas ricas en metales parecen más rojas. Sin embargo otros efectos pueden cambiar sus colores también, tales como la edad de las estrellas (más azules = ¡más nuevas!) y el polvo a lo largo de nuestra línea de visión. Para remover esos efectos, los autores usan un mapa de polvo básico para corregir por el polvo en el primer plano, así como asumir una edad uniforme de doce mil millones de años. Una vez hecho esto, pueden usar modelos para ajustar la metalicidad de las estrellas en su muestra.

Slytherin no, Slytherin no, Slytherin no

Los autores de hoy encontraron que la metalicidad dentro del halo del Sombrero decrece conforme te mueves más lejos del centro de la galaxia, pero está dominada en general por estrellas ricas en metales, como se ve en la figura 2. Usando sus picos de metalicidad calculados, comparan la galaxia del Sombrero con otras mediciones de metalicidad de galaxias en la figura 3. Encontraron que los halos de las galaxias de disco son más pobres en metales en promedio (tienen valores de [Z/H] más bajos), y debido a este alto pico de metalicidad, la galaxia del Sombrero se ajusta mejor con la población de galaxias elípticas.

Usando imágenes del HST, los autores también fueron capaces de modelar la masa estelar del halo del Sombrero y la comparan con la cantidad de masa que la galaxia ha acretado, o robado de otras galaxias. La densidad numérica de estrellas dentro de las imágenes permitió a los autores calcular la masa total del halo con unas pocas suposiciones básicas sobre la edad de la galaxia. Separadamente, usaron sus valores de metalicidad y una relación conocida con la masa de acreción para calcular la de la galaxia del Sombrero. Encontraron que la masa de acreción es muy similar a la masa total del halo, lo que nos dice que el Sombrero probablemente acretó su halo completo ¡en un único gran evento de fusión hace varios miles de millones de años!

Adicionalmente a este evento de fusión masivo, el Sombrero tiene otras propiedades que desafían la norma. Viendo otra vez la figura 2, el Sombrero tiene una completa falta de estrellas de baja metalicidad, y ¡tiene también una metalicidad promedio más alta que ningún otro halo conocido hasta hoy! Es posible que una población de estrellas de baja metalicidad exista más lejos en el halo, pero necesitaríamos imágenes incluso más distanciadas del centro de la galaxia para poder encontrarlas.

Al igual que con las casas de Hogwarts, el sistema de clasificación de galaxias no es exactamente blanco o negro. Sin embargo, a diferencia de Harry Potter, no podemos solo decidir que queremos que el sombrero nos ponga en una de nuestras categorías establecidas. A pesar de verse muy similar a un disco en nuestra vista lateral, la galaxia del Sombrero posee un conjunto de características que asociamos con galaxias elípticas, probablemente porque se formó como resultado de una fusión de galaxias. Como tal, el Sombrero proporciona una imagen general única de cómo se podrían ver las galaxias después de interactuar. ¡La galaxia del Sombrero claramente demuestra la variedad que existe en nuestro universo y las contribuciones que instrumentos como el HST hacen para nuestro entendimiento de la astronomía!