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Un equipo internacional ha estudiado las tasas de formación estelar en unas galaxias del rastreo CALIFA y ha encontrado sutiles diferencias entre las galaxias influidas por sus vecinas y las no perturbadas. La interacción gravitacional entre galaxias puede aumentar la formación estelar en las zonas internas de las galaxias perturbadas.
Las galaxias son enormes conjuntos de miles de millones de estrellas, así como toneladas de polvo y gas. Las estrellas nacieron y nacen de este gas, cuando colapsa por gravitación en “grandes pelotas de plasma”, tan calientes que las reacciones de fusión nuclear empiezan en sus centros. Luego, las estrellas viven durante millones a miles de millones de años en un estado bastante estable, convirtiendo el hidrógeno en helio -- y átomos más complejos – mientras sueltan calor y luz, como lo hace nuestro Sol. Las estrellas finalmente mueren, en explosiones más o menos violentas, eyectando su materia “reciclada” (enriquecida en elementos químicos complejos) de nuevo en su galaxia huésped. Nuevas generaciones de estrellas pueden entonces formarse a partir de este gas y polvo más enriquecido.
Sin embargo, algunas galaxias se muestran activas en formar estrellas en la actualidad, mientras que otras se han parado de hacerlo (aunque lo hacían hace unos miles de millones de años): la llamada “tasa de formación estelar” va variando desde cero (galaxias inactivas) a centenas de masas solares por año (unidades: Mʘ/yr) en las galaxias con estallido estelar, o starburst en inglés. En comparación, nuestra Vía láctea está formando el equivalente de unas 3 Mʘ/yr. Los casos más extremos de starbursts, encontrados en galaxias lejanas (cuando el universo tenía menos de mil millones de años después del Big Bang), forman hasta 3000 Mʘ/yr.
Las razones para tales galaxias “productivas” o a lo contrario “estériles” son múltiples. Pueden deberse a factores internas o/y externas. En efecto, la gran mayoría de las galaxias no están aisladas en el universo pues están sometidas a la influencia de las galaxias vecinas, desde encuentros “al vuelo” (efímeros) hasta fusiones completas. Nuestra propia Galaxia es el producto de varias fusiones menores con pequeñas compañeras, probables antiguos satélites. Los efectos de tales interacciones gravitacionales entre galaxias vecinas sobre la formación estelar es una cuestión peliaguda en la astrofísica actual.
Un grupo de astrónomos de la Universidad de Guanajuato (México) y de la colaboración CALIFA han estudiado el efecto de las perturbaciones gravitacionales en el ritmo de formación estelar de una submuestra de galaxias CALIFA del Universo local. El proyecto CALIFA observó cerca de 600 galaxias con el espectrógrafo de campo integral PMAS, en el telescopio de 3.5m de Calar Alto, para estudiar entre muchas cosas, como la galaxias forma(ba)n estrellas, desde su centro hasta las zonas periféricas. La cinemática de todas las galaxias CALIFA ha sido también estudiada en detalles, de manera a poder cuantificar las perturbaciones gravitacionales en curso para una galaxia dada de la muestra.
La formación estelar en curso y reciente en una galaxia se puede ver a través de la emisión en la línea del hidrógeno ionizado Ha. PMAS, como espectrógrafo de campo integral sensible, es capaz de detectar y resolver espacialmente la emisión Ha débil en una galaxia, hasta bajos ritmos de formación estelar, de una fracción de masa solar por año y por unidad de superficie (Mʘ/yr por kiloparsec cuadrado, o unos 10 millones de años-luz cuadrados).
Además, PMAS resuelve más de 250 regiones en cada galaxia que apunta, cubriendo la extensión completa de todas las galaxias CALIFA, que han sido elegidas por caber bien dentro del campo de PMAS de un minuto de arco cuadrado, en modo paquete de fibras (PPAK). Esto es una 1/800ª parte de la superficie aparente de la luna llena en el cielo. Aunque parezca un campo muy estrecho, miles de galaxias en el universo local presentan tamaños aparentes alrededor o por debajo del minuto de arco, pues pueden estudiarse en su integralidad con PMAS.
Los autores de este nuevo artículo basado en una submuestra CALIFA, liderados por Abdías Morales-Vargas, encuentran que las regiones de formación estelar reciente de galaxias perturbadas siguen una relación diferente entre el ritmo de formación estelar y la masa estelar, que las galaxias no perturbadas. Como buen marcador de la tasa de formación estelar, la emisión Ha ha sido observada en las más de 250 regiones cubriendo cada galaxia CALIFA, repartidas en el campo de PMAS/PPAK de forma hexagonal, como se puede ver en la imagen reconstruida de la galaxia perturbada NGC 7625. En el collage, se ve el mapa de emisión en Ha (a la derecha) a la misma escala que la imagen real del objeto (a la izquierda): la emisión del hidrógeno ionizado se hace claramente más fuerte hacia las partes internas de NGC 7625.
El mapa del ritmo anual de formación estelar por unidad de superficie (∑SFR) en NGC 7625, que se muestra a la izquierda, también muestra que las estrellas se forman sobre todo en el centro de la galaxia: los píxeles de color azul oscuro en el núcleo representan las regiones formando más de 1 Mʘ/yr/kpc² (dentro del circulito naranjo en línea discontinua). Los píxeles con tonos azules más claros (hasta el círculo amarillo en línea discontinua) trazan la formación estelar moderada – notad la zona al suroeste del centro de la galaxia, en forma de barra perpendicular. Mientras que los dos grupos opuestos de píxeles casi blancos (cerca del círculo amarillo) aún demuestran que ocurre una formación estelar muy tenue en las zonas externas de NGC 7625.
Además, para las galaxias perturbadas se encuentra una relación entre sus propiedades globales de formación estelar y el parámetro de perturbación, un parámetro que estima la fuerza ejercida en un punto de la galaxia por otra galaxia cercana comparada con la fuerza interna de la propia galaxia en ese punto. Dicha correlación podría deberse más a encuentros con otras galaxias cercanas que a una reducción de la formación estelar. En suma, las propiedades de formación estelar bien podrían depender de la acción gravitatoria ejercida por galaxias cercanas. Morales-Vargas confirma que “Las perturbaciones gravitacionales sí regulan la formación estelar.”
De hecho, la diferencia que se encuentra entre las regiones de formación estelar de galaxias perturbadas frente al resto de galaxias, podría indicar que los encuentros con galaxias cercanas provocan flujos de gas hacia el centro de las galaxias, enfatiza Abdías Morales-Vargas. A su vez, estos flujos aumentarían la formación estelar en las regiones internas de las galaxias perturbadas.
Los objetos de CALIFA se encuentran en todos los entornos, desde galaxias aisladas hasta regiones de alta densidad en el universo, es decir los grupos y cúmulos. En estos últimos, son naturalmente más propensas a sufrir perturbaciones por sus vecinas, presentes y pasadas. Para obtener una muestra de control más completa de galaxias realmente no perturbadas, uno tendría que rebuscar unas completamente aisladas, incluso a escalas cosmológicas. Observar tales galaxias solitarias en los denominados vacíos (voids en inglés), entornos de más baja densidad del Universo, será el tema de otro gran rastreo con PMAS a punto de empezar en Calar Alto: CAVITY, por sus siglas en inglés (Calar Alto Void Integral-field Treasury surveY).
Esto permitirá comparar como lo “innato versus lo adquirido” influye en la formación estelar, así como estudiar muchos otros aspectos de la formación y de la evolución de las galaxias, que son los “ladrillos” del universo a gran escala. El 1 de enero del 2021, CAVITY y otros dos grandes programas observacionales, KOBE y LEGACY+ (ambos buscando exoplanetas alrededor de estrellas enanas cercanas, con el instrumento CARMENES) arrancan en el telescopio de 3,5 metros. Deseamos simplemente que estos tres rastreos traigan, en los años que vienen, el mismo valor de legado que CALIFA para la comunidad científica internacional.
Referencia: Morales-Vargas, A. et al., MNRAS 499, 4370 (2020)
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