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En el marco del proyecto CAVITY, un programa de legado en curso en Calar Alto, investigadores de la Universidad de Granada muestran, por primera vez, que las galaxias en los vacíos cósmicos ensamblan sus estrellas más lentamente que las galaxias en filamentos, muros y cúmulos.
Las galaxias son concentraciones de materia en las que el gas del Universo se condensa por acción de la gravedad formando cientos de miles de millones de estrellas. Como los ladrillos de una casa, las galaxias son los bloques fundamentales que forman la estructura del Universo. Éstas se distribuyen en una red en forma de esponja caracterizada por diferentes ambientes a gran escala: cúmulos densos, filamentos alargados, muros laminares, y regiones muy poco densas, llamadas “vacíos cósmicos”. Aproximadamente el 80% del volumen del Universo lo ocupan los vacíos cósmicos, que sólo contienen en torno al 10% de la masa del Universo. Esto hace de los vacíos cósmicos las regiones menos densas del Universo, en comparación con los filamentos, muros y cúmulos, que son mucho más densos al contener el 90% de la masa total en tan sólo un 20% del volumen del Universo.
Las galaxias se alejan unas de otras expandiendo esta estructura. Según el paradigma actual, en sus orígenes el Universo era extremadamente pequeño, denso, caliente y uniforme. Desde entonces se ha expandido, disminuyendo su densidad y temperatura, y formando la estructura de esponja que lo caracteriza hoy en día. Así, es de esperar que las propiedades de las galaxias se vean afectadas por el ambiente que las rodea en cada instante. De hecho, estudios previos han demostrado que las galaxias de vacíos tienen, en promedio, propiedades que en general se corresponden con sistemas más jóvenes y menos evolucionados que las galaxias de filamentos, muros y cúmulos. Sin embargo, nunca se había comprobado con observaciones que las galaxias de vacíos realmente evolucionasen de un modo diferente a las galaxias de ambientes más densos.
El proyecto CAVITY (https://cavity.caha.es/) nació con el objetivo de estudiar las propiedades de estas galaxias en vacíos cósmicos y comprobar si existen diferencias significativas con aquellas que se encuentran en ambientes más densos como filamentos, muros y cúmulos.
CAVITY, liderado desde el grupo de Astrofísica Galáctica de la Universidad de Granada (UGR) y con Isabel Pérez como investigadora principal, es una colaboración de más de 40 investigador@s miembros de una decena de instituciones internacionales y tiene como pilar fundamental la observación de galaxias de vacíos con el espectrógrafo de campo integral PMAS-PPAK del telescopio de 3,5 m del Observatorio Calar Alto.
Enmarcado en este proyecto, el estudiante de doctorado Jesús Domínguez-Gómez, bajo la supervisión de Isabel Pérez y Ute Lisenfeld de la UGR, con la colaboración de Tomás Ruiz Lara y el apoyo de todo el equipo CAVITY, ha logrado estimar, por primera vez, la velocidad a la que las galaxias de los vacíos cósmicos forman estrellas a lo largo de su historia, así como el papel que juega la estructura a gran escala del Universo en la evolución de las galaxias. Los resultados se publican hoy en la revista Nature.
Los investigadores han realizado, por primera vez, un estudio estadísticamente significativo sobre la evolución de galaxias en las diferentes estructuras a gran escala del Universo, analizando los espectros centrales del cartografiado espectroscópico Sloan Digital Sky Survey (SDSS) de unas 10.000 galaxias situadas en vacíos, filamentos, muros, y cúmulos. Mediante algoritmos numéricos de ajuste espectral, los investigadores han podido estimar las edades y masas de las estrellas que componen dichas galaxias y describir cómo forman estrellas a lo largo de su historia. Se ha demostrado que, en media, las galaxias de los vacíos evolucionan más lento que las galaxias de las estructuras más densas.
"Estos resultados están basados en el análisis de los espectros integrados de la zona central de las galaxias, un área de gran relevancia aunque de tamaño reducido. Estamos recopilando datos en Calar Alto con una resolución espacial que nos permitirá explorar tanto las propiedades globales como las locales de las galaxias que residen en estos vacíos cósmicos”, avanza Rubén García-Benito, investigador del IAA-CSIC que participa en el trabajo y en el proyecto CAVITY.
Además, se ha descubierto que, hasta hace unos 11 mil millones de años, las primeras galaxias que se formaron en el Universo evolucionaron a la misma velocidad independientemente de la estructura en la que encuentran ahora. Es a partir de entonces cuando se empiezan a observar que las galaxias de vacíos forman sus estrellas más lento que las galaxias de ambientes más densos. Esto indica que, en las primeras etapas del Universo, la estructura a gran escala podría no haber estado tan definida como para generar diferencias en la evolución de las galaxias que se estaban formando entonces, pero sí en etapas posteriores.
Esta estructura a gran escala es el resultado de la evolución del Universo a partir del Big Bang, por tanto, el estudio de la distribución actual de galaxias y sus propiedades nos permite rebobinar en el tiempo y obtener información sobre las condiciones iniciales del Universo. Este estudio constituye la primera prueba, estadísticamente significativa, de la distinta evolución de galaxias en vacíos con respecto al resto. La alta densidad de los filamentos y cúmulos acelera y altera demasiado las características de las galaxias, perdiendo memoria de las características iniciales del Universo. En cambio, debido a su baja densidad los vacíos son lugares más tranquilos en los que las galaxias evolucionan más lentamente, haciendo de estas regiones laboratorios en los que podemos obtener información sobre las condiciones iniciales del Universo.
Este estudio realza la importancia del estudio de galaxias en vacíos cósmicos y asegura, en los años venideros, el éxito del ambicioso proyecto internacional CAVITY liderado desde la Universidad de Granada y el Observatorio de Calar Alto.
REFERENCIA
Domínguez et al. (2023), Nature. DOI: 10.1038/s41586-023-06109-1.
CONTACTO
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Jesús Domínguez-Gómez, jesusdg @ ugr.es
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