¿Qué le pasa a las galaxias?

Título original: “Discovery of compact disc Galaxies with High Surface Brightness in the Sloan Digital Sky Survey”

Autoras/es: Cheng-Yu Chen & Chorng-Yuan Hwang

Institución del primer autor: Graduate Institute of Astronomy, National Central University, Taiwan

Estado del artículo: Publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). Acceso abierto en arXiv.

En el Universo existen unas galaxias conocidas como tipo disco, y la mayoría de ellas tienen un brillo superficial promedio bastante similar. También se han reportado galaxias de brillo superficial mucho más bajo que este promedio (conocidas como galaxias LSB, por sus siglas en inglés). Por otro lado, y curiosamente (¡para mi!), las galaxias más brillantes que el promedio son las menos estudiadas.

El brillo de una galaxia está relacionado con su masa y con su población estelar, y también varios estudios señalan que la masa está relacionada con el tamaño o el radio. Aunque existen algunas galaxias tempranas (o “early-type”) que tienen una alta masa estelar, pero que sus radios efectivos (Ver Figura 1), donde se encuentra el 50% de la luz de la galaxia, son más pequeños comparados con otras galaxias típicas de masas similares. Estas galaxias se conocen como galaxias masivas compactas (o MCGs, adivina… también por sus siglas en inglés). Una explicación posible para estas galaxias es que ellas crecen en masa, mientras su radio permanece fijo.

Figura 1: el radio efectivo contiene el 50% de la luz de una galaxia (Crédito: Swinburne Cosmos).

Las galaxias MCGs también son más ricas en metales, y es posible que sean descendientes de galaxias compactas que experimentaron una formación estelar explosiva (o “starburst”). La mayoría de las galaxias de este tipo que han sido estudiadas en la literatura tienen masas estelares mayores a 10¹¹ masas solares; sólo unas pocas de entre 10¹⁰ y 10¹¹ masas solares han sido estudiadas; mientras que las propiedades de este tipo de galaxias de menos de 10¹⁰ masas solares son prácticamente desconocidas.

En el artículo de hoy, seleccionan 56 galaxias tipo disco compactas (CDGs) de alto brillo superficial que son parte de la 16a publicación de datos de Sloan Digital Sky Survey (DR16 – SDSS), de entre 10⁹ y 10¹⁰ masas solares. Comparan estas CDGs con otras 56 galaxias tipo disco normales o NDGs (Ver Figura 2).

Figura 2: la línea sólida representa la relación masa-tamaño que mejor se ajusta a los datos. Los puntos rojos corresponden a las galaxias NDGs, mientras que los azules a las CDGs. (Crédito: Figura 1 del artículo).

Al analizar estas galaxias, los resultados reflejan que las CDGs tienen un brillo central mucho más alto que las galaxias espirales típicas, es decir, son mucho más concentradas y compactas que las NDGs. Estudian también el gradiente de color g’-r’, notando que las CDGs tienden a mostrar valores cercanos a 0 (más brillantes en r’ o más rojas), mientras que las NDGs se acercan a valores negativos (más brillantes en g’).

La historia de formación estelar (o SFH, en inglés) de las CDGs indica que no han tenido ninguna formación estelar explosiva en los últimos 2 giga-años, y las edades de las estrellas indican poblaciones estelares mucho más viejas o que se formaron mucho antes que en las NDGs. Sin embargo, en cuanto a la tasa de formación estelar (SFR), no se encuentran diferencias significativas (Ver Figura 3).

Figura 3: distribución de la tasa de formación estelar (SFR) para las CDGs (azul) y las NDGs (rojo), donde las primeras muestran una pequeña “cola” hacia bajas tasas formación estelar. (Crédito: Figura 6 del artículo).

Finalmente, al comparar las CDGs con las MCGs, encuentran que las primeras son menos compactas, por lo que podrían corresponder a distintas poblaciones de galaxias.

Los autores concluyen que las CDGs (al menos las estudiadas en este artículo) podrían encontrarse en su fase de “apagado” de formación estelar (algo comúnmente conocido como “quenching”). Como las CDGs y las NDGs tienen historias de formación estelar similares, pero diferentes relaciones masa-tamaño, proponen que las explosiones de formación estelar inicial en las CDGs fueron más potentes que en las NDGs, y que las primeras se encuentran en una fase tardía de evolución. Las CDGs tuvieron una formación estelar explosiva inicial y se convirtieron en objetos compactos. Luego evolucionaron lentamente aumentando en masa y tamaño, y en última instancia se convirtieron en las galaxias pequeñas estudiadas hoy, haciendo de estas CDGs, reliquias de objetos compactos antiguos que no han experimentado ninguna formación estelar explosiva reciente.