Galaxias que casi ya no existen

En un estudio reciente, se ha profundizado en las galaxias con el tamaño y brillo más pequeños de entre todas las conocidas. En estas galaxias enanas y de luminosidad ultradébil, la formación de nuevas estrellas cesó hace muchos millones de años, por lo que las estrellas que allí se extinguen ya no pueden ser reemplazadas. Por esta y otras razones, tales galaxias precarias son como meros fantasmas de lo que fueron en su época de esplendor y es fácil no detectar su existencia.

Estas galaxias son las más tenues del universo. Se trata de pequeñas estructuras de brillo escaso que suelen contener entre cientos y miles de estrellas, una cantidad muy inferior a, por ejemplo, la de los cientos de miles de millones de estrellas que componen nuestra galaxia la Vía Láctea. Las galaxias que ya casi no existen suelen estar ocultas discretamente entre los innumerables objetos brillantes del cielo. Por esta razón, hasta el momento es más fácil encontrarlas cerca de nosotros, en las proximidades de la Vía Láctea.

Sin embargo, esto no permite comprenderlas muy bien, ya que las fuerzas gravitatorias y la corona galáctica de la Vía Láctea pueden eliminar el gas de las galaxias enanas e interferir en su evolución natural. Por otra parte, más allá de la Vía Láctea, las galaxias enanas ultradébiles resultan cada vez menos visibles y por ende más difíciles de detectar para los astrónomos y los algoritmos informáticos tradicionales.

Por eso, para el nuevo estudio, fue necesario realizar una búsqueda manual, a ojo, por parte del astrónomo de la Universidad de Arizona, David Sand, a fin de poder describir tres galaxias enanas de brillo muy débil situadas en dirección a la constelación del Escultor, cerca de la galaxia espiral NGC 300. Sobre su descubrimiento, Sand explica que “fue durante la pandemia. Estaba viendo televisión y desplazándome por el visor del DESI Legacy Survey, concentrándome en áreas del cielo en las que sabía que no se había buscado antes. Fueron varias horas de búsqueda casual y, de repente, ¡bum! Simplemente aparecieron”.

Las imágenes descubiertas por Sand fueron tomadas en el rastreo llamado DECam Legacy Survey (también conocido por sus siglas DECaLS), el cual es uno de los tres estudios públicos que se conocen como los estudios DESI Legacy Imaging Surveys, que en conjunto tomaron imágenes que cubrieron un total de 14.000 grados cuadrados del cielo con el propósito de proporcionar objetivos para el estudio en curso del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI).

DECaLS se realizó utilizando la Cámara de Energía Oscura (DECam, por sus siglas en inglés) de 570 megapíxeles que construyó el Departamento de Energía de los Estados Unidos, y que se encuentra instalada en el Telescopio de 4 metros Víctor Blanco, del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (CTIO), de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF), un programa del NOIRLab de la NSF, emplazado en Chile.

Las galaxias Escultor, como las denominan los autores del nuevo estudio, figuran entre las primeras galaxias enanas ultradébiles descubiertas en un entorno intacto y aislado, libre de la influencia de la Vía Láctea o de otras grandes estructuras. Para investigarlas más en detalle, Sand y sus colegas utilizaron el Telescopio Gemini Sur, la mitad austral del Observatorio Internacional Gemini, que es financiado en parte por la NSF y operado por el NOIRLab de la NSF.

La galaxia Escultor B, prácticamente irreconocible como galaxia. (Foto: DECaLS / DESI Legacy Imaging Surveys / LBNL / DOE & KPNO / CTIO / NOIRLab / NSF/ AURA. Procesamiento de la imagen: T.A. Rector (University of Alaska Anchorage / NSF / NOIRLab), M. Zamani (NSF / NOIRLab) & D. de Martin (NSF / NOIRLab). CC BY 4.0)

El equipo de astrónomos logró obtener imágenes de gran detalle gracias al Espectrógrafo Multi-Objetos del telescopio Gemini Sur (GMOS por sus siglas en inglés), un instrumento científico instalado en dicho telescopio. Un análisis de los datos mostró que las galaxias parecen estar sin gas y que solamente contienen estrellas muy viejas, lo que sugiere que su formación estelar acabó hace mucho tiempo. Esto refuerza las teorías existentes que plantean que las galaxias enanas ultradébiles son como “ciudades fantasmas” en las que la formación de estrellas se interrumpió hace mucho tiempo.

Esto tiene su lógica. El gas es la materia prima que se necesita para crear una estrella. Pero las galaxias enanas ultradébiles no tienen suficiente gravedad para retener este ingrediente crucial para la formación de estrellas, y se pierde fácilmente cuando son sacudidas por el universo dinámico del que forman parte.

Sin embargo, las galaxias Escultor están lejos de otras galaxias más grandes, lo que significa que su gas no ha sido consumido ni retirado por otras galaxias gigantes vecinas. Una explicación alternativa para esto es un evento llamado Época de Reionización, un período de tiempo no muy lejos del Big Bang en el que fotones ultravioleta de alta energía llenaron el cosmos, pudiendo hacer “hervir” el gas de las galaxias más pequeñas. Otra posibilidad es que algunas de las primeras estrellas de las galaxias enanas sufrieran explosiones de supernova muy energéticas, emitiendo chorros a velocidades de hasta 35 millones de kilómetros por hora y empujando hacia fuera el gas de sus respectivas galaxias anfitrionas.

Si la reionización es la responsable, estas galaxias abrirían una ventana al estudio del universo primitivo: “No sabemos lo potente o lo uniforme de este efecto de reionización, pero puede ser que la reionización fuera irregular y que no se produjera en todas partes al mismo tiempo. Hemos encontrado tres galaxias de este tipo, pero no es suficiente. Sería genial conocer cientos de ellas. Si supiéramos qué fracción fue afectada por la reionización, eso nos diría algo sobre el universo primitivo que es muy difícil de sondear de otro modo”, explicó Sand.

Para acelerar la búsqueda de más galaxias enanas ultradébiles, Sand y su equipo están utilizando a las galaxias Escultor para entrenar a un sistema de inteligencia artificial, del tipo conocido como red neural, con el propósito de que pueda identificar más galaxias de este tipo. Con esto, se espera que esta herramienta sea capaz de automatizar y acelerar los descubrimientos, ofreciendo un conjunto de datos del que los astrónomos puedan extraer conclusiones más sólidas.

Este estudio fue presentado en una conferencia de prensa en la reunión número 245 de la AAS (American Astronomical Society) en Estados Unidos. Y se ha publicado en la revista académica The Astrophysical Journal Letters, bajo el título “Three Quenched, Faint Dwarf Galaxies in the Direction of NGC 300: New Probes of Reionization and Internal Feedback”. (Fuente: Manuel Paredes / NOIRLab / AURA)