Las galaxias son fábricas de estrellas. Pero para algunas, como las galaxias elípticas masivas, sus días de formación estelar ya han terminado. Todo el gas disponible ya se ha convertido en más de cien mil millones de estrellas.
En conjunto, estas galaxias contienen alrededor de la mitad de todas las estrellas que han existido en el universo.
En un nuevo estudio publicado en Science, los astrónomos han rastreado cómo se apagó el fuego de la formación estelar en estas galaxias.
Al parecer, la mayor parte del tiempo la formación estelar se extingue primero en el corazón de la galaxia, y no es hasta unos pocos miles de millones de años después que las regiones exteriores se quedan sin gas y dejan de producir estrellas.
Este descubrimiento de que las galaxias gigantes mueren de dentro hacia fuera es útil para los astrónomos que intentan comprender los mecanismos que promueven y obstaculizan la formación estelar. Y, en última instancia, se trata de desentrañar la historia del universo y entender por qué vemos los tipos de galaxias que existen hoy.
Nuestro universo, una máquina del tiempo
Una de las cosas que dejan boquiabierto de la astronomía es que cada vez que miramos al espacio, estamos mirando al pasado. El universo es tan vasto que, aunque la luz atraviesa el espacio a 300.000 km/s, su viaje puede durar miles de millones de años.
A 65 millones de años luz de distancia, la luz del cúmulo de Virgo inició su viaje más o menos cuando se extinguieron los dinosaurios.
NASA, ESA
La luz emitida por las 22 galaxias investigadas en este estudio ha tardado más de 10.000 millones de años en llegar hasta nosotros. Estamos viendo estas galaxias tal como eran cuando el universo tenía unos tres mil millones de años.
Era el apogeo del universo, cuando las galaxias formaban estrellas con vigor, a un ritmo unas 20 veces más rápido que el actual. Cada año, las galaxias masivas producían el equivalente a cientos de estrellas como el Sol. En comparación, nuestra galaxia, la Vía Láctea, crea apenas cuatro estrellas como el Sol al año.
Y cuando el universo era joven, las galaxias más masivas eran las que experimentaban el crecimiento más rápido, como confirmó el proyecto Galaxy and Mass Assembly (GAMA), un importante estudio que se lleva a cabo en Australia con el Telescopio Anglo-Australiano.
Entonces, ¿cómo se ralentiza el crecimiento?
A paso constante
Para responder a esta pregunta, el estudiante de doctorado Sandro Tacchella (ETH Zurich, Suiza) y sus colegas utilizaron observaciones tanto del Telescopio Espacial Hubble (HST) como del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral. Las imágenes del HST se utilizaron para rastrear la distribución de las estrellas más antiguas dentro de las galaxias, es decir, los lugares donde había tenido lugar anteriormente la formación estelar.
Con un instrumento conocido como SINFONI del VLT, los astrónomos buscaron regiones donde se estuvieran formando estrellas activamente. Para ello, buscaron gas hidrógeno excitado o ionizado por la radiación emitida por estrellas jóvenes y calientes.
Para que fueran útiles, ambos conjuntos de observaciones debían rastrear los cambios a escalas espaciales pequeñas. El HST puede hacerlo porque está en el espacio y no tiene que lidiar con los efectos de desenfoque de la atmósfera terrestre.
Al VLT le resulta más difícil resolver partes pequeñas de las galaxias distantes porque el telescopio está en la superficie terrestre, en Chile, y debe compensar los efectos de la atmósfera de la Tierra. El VLT lo hace mediante la monitorización de una estrella artificial (producida por un láser), y luego mantiene estable la luz estelar deformando sus espejos, lo que hace que los resultados sean aún más impresionantes.
El VLT utiliza una estrella artificial para rastrear la turbulencia en la atmósfera.
ESO/G Hüdepohl
Rojas y muertas
En conjunto, las observaciones mostraron que, entre las galaxias más masivas de la muestra, las estrellas se formaron rápidamente en las regiones centrales de la galaxia, pero luego dejaron de formarse. Mientras tanto, la formación estelar lenta y constante persistió en las afueras de la galaxia.
Se hizo una comparación con galaxias de masa similar que están mucho más cerca y, por lo tanto, llevan existiendo mucho más tiempo desde el Big Bang.
Estas son las galaxias «rojas y muertas», llamadas así porque solo contienen estrellas rojas (más frías y evolucionadas que las estrellas jóvenes, calientes y azules) y la formación estelar se ha extinguido por completo. Una galaxia que ya no forma estrellas deja de crecer y, por lo tanto, está «muerta».
Los bulbos centrales de las galaxias masivas —tanto las jóvenes (o lejanas) como las antiguas (o cercanas)— son muy similares. Estas galaxias cercanas son equivalentes actuales; nos revelan que sus bulbos centrales ya tenían su forma actual hace 10.000 millones de años.
¿Qué puede matar a una galaxia?
El factor clave para entender el cese de la formación estelar en una galaxia es saber dónde se encuentra su gas. El gas es el combustible a partir del cual se forman nuevas estrellas, como los troncos que se añaden a una fogata para mantenerla encendida. No solo es necesario que haya troncos para que ardan, sino que también hay que echarlos al fuego para que prendan.
Hay varios mecanismos que podrían eliminar el gas de una galaxia o impedir que llegue a su disco, donde se necesita para formar estrellas. Algunos de estos procesos son internos a la propia galaxia, mientras que otros dependen de lo abarrotado que esté el vecindario donde se encuentra.
Muchas galaxias, especialmente las elípticas, se encuentran en densas ciudades de galaxias llamadas cúmulos. Se ha sugerido que, en estos entornos densos, el gas puede ser despojado de una galaxia mediante procesos como el despojamiento por presión dinámica y la asfixia galáctica.
Pero estos procesos eliminan el gas de las regiones exteriores de una galaxia y contradicen el descubrimiento de Tacchella: el gas de formación estelar sobrevive durante más tiempo en la periferia de una galaxia.
Un estudio de GAMA sobre galaxias cercanas con una masa algo menor que la de nuestra Vía Láctea tampoco encontró pruebas de que la formación estelar se extinga debido al entorno local de una galaxia. Las galaxias de ese estudio siguen formando estrellas a un ritmo de unas pocas estrellas como el Sol al año, lo que podría indicar que la interrupción de la formación estelar por causas ambientales es un proceso muy rápido.
No es posible descartar por completo los factores externos —mecanismos que podrían detener el flujo de gas hacia una galaxia y privarla de nuevo combustible para formar estrellas—. Pero, dada la extinción de dentro hacia fuera que se observa, Tacchella y sus colegas sugieren que el proceso probablemente es interno a la galaxia.
Entra en escena el agujero negro
¿Qué ocurre en el núcleo de una galaxia? Un gran agujero negro, eso es. Los astrónomos los llaman supermasivos porque suelen albergar una masa equivalente a la de unos pocos millones, o incluso mil millones, de soles.
Se sabe que los agujeros negros atraen materia, como resultado de su intensa fuerza gravitatoria. Pero también agitan vientos y chorros potentes que pueden expulsar gas de una galaxia.
Un flujo de salida de un agujero negro supermasivo puede suprimir la formación estelar en una galaxia.
ESA/ATG medialab
El mes pasado, Nature publicó la primera detección de un agujero negro supermasivo que expulsaba vientos que despojaban a la galaxia de su potencial para formar estrellas.
Además, la extinción de la formación estelar solo se produce en los núcleos galácticos más densos, lo que puede sugerir que, una vez que se alcanza una densidad crítica, la galaxia se estabiliza, deja de permitir la entrada de gas fresco en su centro y extingue por sí misma la formación estelar.
Es asombroso poder observar un conjunto de galaxias situadas a 10.000 millones de años luz y analizarlas para averiguar qué regiones siguen activas, en comparación con otras zonas donde el crecimiento galáctico ha terminado. Este resultado aporta nueva información sobre la pregunta persistente de por qué y cómo las galaxias masivas dejan de formar nuevas estrellas.
Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autoría: Tanya Hill es investigadora honoraria de la Universidad de Melbourne y curadora sénior (Astronomía) en Museum Victoria. Amanda Bauer es astrónoma y responsable de divulgación en el Observatorio Astronómico Australiano. Sarah Brough es investigadora Future Fellow en el Observatorio Astronómico Australiano.
Imagen: Composición de exposiciones independientes tomadas entre 2003 y 2012 con la Cámara Avanzada para Sondeos de Hubble. REUTERS/HUDF/NASA/Handout via Reuters.
