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Averiguar cómo crecen las galaxias al convertir el gas en generaciones sucesivas de estrellas, constituye un problema complejo: debemos disponer de información física detallada acerca de una muestra numerosa de galaxias, y de bancos de datos que permitan «rebobinar» y extraer la historia de la formación estelar en cada una de ellas. La primera parte ha sido posible solo recientemente, gracias al sondeo CALIFA (Calar Alto Legacy Integral Field Area), y se ha comprobado que las galaxias masivas, además de crecer más rápido que las menores, lo hacen de dentro afuera, es decir, desarrollando sus regiones centrales primero.
Los sondeos extragalácticos recurrían, tradicionalmente, bien a la toma de imágenes, que aportan información detallada sobre la estructura de los objetos, o bien a la espectroscopia, que revela las propiedades físicas de las galaxias (composición, temperatura, edad...) pero sin acotar esos rasgos a regiones específicas. «El sondeo más empleado hasta la fecha, el SDSS, nos proveía de un espectro por galaxia, lo que produce un sesgo observacional», asegura Enrique Pérez, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y que encabeza esta investigación. «CALIFA, sin embargo, obtiene mil espectros por galaxia, lo que nos ha permitido por fin cartografiar la historia de galaxias enteras».
Los investigadores aplicaron a los datos de CALIFA una técnica conocida como «método de registros fósiles», que les ha permitido establecer la historia de formación de estrellas en cada una de las cien mil regiones analizadas de un total de ciento cinco galaxias.
«Un fragmento de una galaxia puede considerarse como la suma de una población de estrellas con distinta edad, masa y metalicidad (o proporción de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio), y toda esa información se halla codificada en su espectro», explica Enrique Pérez. Así, a partir de cada espectro, y disponiendo de un banco de datos que contemple todas las posibles evoluciones de las estrellas, puede invertirse la evolución de la galaxia y averiguar cuánta masa se transformó en estrellas en cada momento y de qué tipo de poblaciones estelares se trataba.
Al establecer la evolución espacial y temporal de la muestra de galaxias, los investigadores observaron que no solo las galaxias más masivas crecen más rápido que las menores, sino que además lo hacen de dentro afuera, de manera que las regiones centrales se formaron en primer lugar (las observaciones muestran que esas regiones son mucho más viejas que las zonas externas).
Además, calcularon el ritmo de formación estelar en regiones específicas con respecto a la media de cada galaxia concreta y hallaron un hecho curioso: «Vimos que para todas las galaxias y en todas las regiones el ritmo es similar, excepto en las zonas internas de las más masivas, donde vemos que nacen estrellas a una velocidad que dobla la media de la galaxia», destaca Enrique Pérez. «Sin embargo, este máximo sucede cuando la galaxia alcanza una masa de pocas decenas de miles de millones de masas solares y, después, el ritmo vuelve a caer para galaxias muy masivas». Ese pico de formación estelar, que los investigadores sitúan hace entre cinco y siete miles de millones de años, había sido descrito en estudios teóricos, pero nunca se había observado.
Estos resultados se ajustan muy bien a lo que se observa en nuestra Galaxia (que se encuentra entre las poco masivas) y su vecina, la galaxia de Andrómeda, más masiva y que presenta una región central envejecida. Las diferencias, plantean los investigadores, pueden deberse a que las galaxias masivas sufrieron en el pasado una fusión con otra galaxia, lo que aceleró el crecimiento de las zonas internas, mientras que las galaxias de baja masa evolucionaron más plácidamente.
CALIFA es un proyecto que se halla en plena ejecución en el Observatorio de Calar Alto, operado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC, Granada, España) y el Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA-MPG, Heidelberg Alemania). El sondeo CALIFA emplea el espectrógrafo de campo integral PMAS acoplado al telescopio reflector Zeiss de 3.5 m de abertura.
Imágenes:
Las galaxias objeto del estudio. Cada una de ellas aparece representada con una escala de colores que indica la densidad superficial de sus diferentes zonas, según el código cromático de la barra vertical de la derecha. La posición de las galaxias en el diagrama está relacionada con su color real promedio (más rojizas arriba, más azuladas abajo) y con su brillo intrínseco (más brillantes a la izquierda, más débiles a la derecha). Una versión animada de este diagrama que muestra la evolución de la formación estelar está disponible en este enlace.
El diagrama color-magnitud de 151 galaxias observadas por CALIFA. Para cada galaxia se muestra una imagen en color verdadero generada usando las imágenes en las bandas B (azul), V (verde) y R (rojo) reconstruidas a partir de los cubos de datos de CALIFA. En este diagrama las galaxias se hacen más débiles hacia la izquierda y más brillantes hacia la derecha; al mismo tiempo, son más frías (rojizas) en la parte alta y más calientes (azules) en la parte inferior.
El telescopio reflector Zeiss de 3.5 m en el Observatorio de Calar Alto.
El telescopio reflector Zeiss de 3.5 m de Calar Alto con el espectrógrafo PMAS acoplado.
© Observatorio de Calar Alto, enero 2013