Imagen destacada: La controvertida galaxia ultradifusa NGC 1052-DF2 vista por el Telescopio Espacial Hubble en 2018. Crédito: CIENCE: NASA, ESA, STScI, Zili Shen (Yale), Pieter van Dokkum (Yale), Shany Danieli (IAS) IMAGE PROCESSING: Alyssa Pagan (STScI)
Título: Quiescent Ultra-diffuse galaxies in the field originating from backsplash orbits
Autores: José A. Benavides, Laura V. Sales, Mario. G. Abadi, Annalisa Pillepich, Dylan Nelson, Federico Marinacci, Michael Cooper, Ruediger Pakmor, Paul Torrey, Mark Vogelsberger, Lars Hernquist
Institución del primer autor: Instituto de Astronomía Teórica y Experimental, Córdoba, Argentina
Estado: Publicado en Nature Astronomy
Astrobito original: The Messy Pasts of Dead Ultra-diffuse Galaxies escrito por Katy Proctor y editado por Pratik Gandhi.
Las observaciones han revelado que las galaxias en el Universo actual aparecen en un vasto rango de formas, tamaños y colores. En el lado más débil de este espectro, existe una población de galaxias de bajo brillo superficial referidas como “galaxias ultradifusas” (UDGs, por sus siglas en inglés). Las UDGs son también atípicas en términos de tamaño: la relación mása-tamaño de las galaxias tiene una correlación bastante ajustada, sin embargo, las UDGs son mucho mayores en tamaño de lo que se esperaría para una galaxia promedio con su masa. Las UDGs tienen un contenido de masa estelar típico de galaxias enanas M* < 10⁹ M☉ (masas solares), pero sus tamaños son más bien comparables con el de la Vía Láctea (radio efectivo* de ~3 kpc). Entender cómo se forman estas galaxias extendidas es un área muy activa de investigación en formación de galaxias.
Hasta hace poco, las observaciones indicaban una dicotomía en la población de UDGs. En ambientes con alta densidad de galaxias, tales como grupos y cúmulos de galaxias, las UDGs se muestran quiescentes y en colores rojos. Una galaxia quiescente (o apagada) es esencialmente una galaxia muerta que ya no forma más estrellas (lee este astrobite en inglés para más información sobre los procesos que pueden causar que una galaxia se vuelva quiescente). Por otro lado, las UDGs observadas en “el campo” (aisladas) mostraron ser azules y estar formando estrellas. Estas observaciones indicaron que la diferencia en actividad de formación estelar de estas galaxias era puramente debida a la diferencia de los ambientes en que habitan. Sin embargo, detecciones recientes de UDGs muertas quiescentes aisladas han desafiado esta idea. El equipo que publicó el artículo de hoy usan las simulaciones cosmológicas Illustris TNG para investigar el origen de estas UDGs quiescentes aisladas.
El pasado oculto de una galaxia
La idea detrás del artículo de hoy es averiguar si las UDGs que se observan en regiones aisladas de baja densidad del Universo podrían haber sufrido complejas interacciones en ambientes densos en el pasado, y si estas interacciones podrían llevar a que las UDGs sean quiescentes hoy en día. El equipo de investigación tiene particular interés en las galaxias “backsplash”—galaxias que han cruzado previamente el límite de un halo de materia oscura anfitrión mayor (el límite se denota r200 en el artículo, que es una medida para el radio virial**), han tenido al menos un paso pericéntrico, y que se encuentran ahora bastante más allá del límite del halo de materia oscura anfitrión.
Seleccionando UDGs
Los autores identificaron primero las UDGs simuladas seleccionando el 5% de galaxias más extensas dentro de un rango de masas de 107.5-109.5 M☉. La figura 1 muestra una comparación con las propiedades de las UDGs observadas, resaltando que la muestra simulada está en buen acuerdo con éstas. Una vez que las UDGs fueron identificadas, investigaron las trayectorias pasadas de las UDGs aisladas y quiescentes en el momento presente.
Figura 1: Los puntos grises indican el radio (tamaño) estelar (rh*) y la masa estelar (M*) de las galaxias en la simulación. Se selecciona el 5% mayor en términos de su tamaño estelar entre las UDGs simuladas (en rosa). Varias UDGs observadas se muestran a modo de comparación. Los trazos azules representan líneas de brillo superficial constante. (Crédito: Figura 1 en el artículo).
Siguiendo la pista de las UDGs hacia atrás en el tiempo
La figura 2 muestra un ejemplo de una órbita de una de estas UDGs, y resalta el principal hallazgo del artículo: ¡la subpoblación quiescente y aislada de UDGs puede explicarse por órbitas “backsplash”! (N. del T.: el término “backsplash” no tiene traducción directa en español, pero se refiere al concepto de una salpicadura producida al rebotar un líquido tras chocar contra una superficie, como el agua del lavamanos. En este caso la UDG entra en un grupo de galaxias y es expulsada de vuelta, como rebotando). Como puede verse en el panel a) de la figura 2, el color (g-r) de las UDG (un indicador de la actividad de formación estelar, con valores mayores de (g-r) indicando una población quiescente) cambia significativamente a lo largo de la órbita de la galaxia. En este gráfico, r200 se refiere al límite (radio) del sistema (grupo o cúmulo) y es representado por la línea negra. La UDG empieza su vida siendo azul y formando estrellas, y se vuelve quiescente y roja rápidamente después de su paso pericéntrico cerca del centro del grupo. Para cuando llega al presente, se encuentra a una gran distancia del centro del grupo con el que había interactuado previamente. El panel b) de la figura 2 muestra el contenido estelar (en rojo) y de gas (en azul) de la UDG en diferentes momentos del tiempo. De nuevo, puede verse que el gas es casi completamente eliminado entre t=8.94 Gyr y t=10.3 Gyr, indicando un proceso de apagado rápido debido al encuentro cercano de la UDG con el centro del grupo más grande.
Figura 2: El panel a) muestra un ejemplo de órbita de una UDG quiescente alrededor de un halo de tamaño correspondiente a un grupo. El límite del halo se indica con la línea negra marcada con r200. La barra de color de la órbita de la UDG corresponde al color (g-r) de la galaxia y muestra que la UDG apaga su formación estelar poco después del paso pericéntrico por el grupo (a unos 10 Gyr). El panel b) muestra instantáneas de la UDG con su contenido estelar en rojo, y su contenido gaseoso en azul. El momento de las instantáneas se indica también con los cuadrados negros en el panel a). Crédito: adaptado de la figura 3 del artículo.
El equipo de investigación también hace notar el interesante punto de que los tamaños de sus UDGs no cambian significativamente con el tiempo, lo que significa que sus UDGs ya eran extensas antes de cualquier interacción con el medio denso—así que las interacciones pasadas pueden explicar solo el por qué una UDG es quiescente, pero no la formación de la UDG misma. También proponen que la razón para tamaños extendidos de sus UDGs podría estar ligada al momento angular inicial del halo de materia oscura en el que las UDGs se formaron y evolucionaron. Mientras que su análisis apoya este punto de vista, hacen notar que otros trabajos con simulaciones favorecen diferentes mecanismos de formación para UDGs. Estudios más detallados se están preparando para investigar el origen de las UDGs en las simulaciones Illustris—¡mantén un ojo abierto para más noticias sobre este tema!
*El radio efectivo es una medida para caracterizar el tamaño de una galaxia independientemente de su morfología, y se define como aquel radio desde dentro del cual se emite la mitad del brillo total de la galaxia.
**El radio virial es una parámetro físico para caracterizar el tamaño de un cúmulo de galaxias en función de la densidad crítica del Universo. Más información en este astrobito.
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