Astrónomos UdeC postulan nueva teoría sobre formación de galaxias enanas esferoidales

El trabajo postula una nueva teoría en cuanto a la formación de las galaxias enanas esferoidales.

Lo que se conoce hasta el momento es que las galaxias enanas esferoidales se encuentran entre las galaxias más pequeñas y débiles conocidas en el Universo. De acuerdo con nuestra comprensión del Universo, estas galaxias se forman primero en los halos de materia oscura más pequeños, que pueden albergar una galaxia luminosa. Esto implica que estos objetos son los ladrillos “LEGO” más pequeños a partir de los cuales se ensamblan galaxias más grandes.

El escenario de formación estándar para esos objetos necesita otras galaxias para interactuar con los progenitores de las enanas esferoidales que se perciben hoy en día. Estas teorías predicen que las galaxias más pequeñas en el Universo fueron pequeñas galaxias de disco giratorio y una vez que interactúan entre sí o con una galaxia importante como nuestra Vía Láctea se agitan y se transforman en lo que vemos hoy como galaxias enanas esferoidales.

El equipo de astrónomos del grupo de teoría y formación estelar del Departamento de Astronomía de la Universidad de Concepción ha propuesto un escenario de formación diferente. En esta nueva teoría, las galaxias enanas esferoidales se forman exactamente como se perciben hoy. La teoría predice que el gas dentro de un pequeño halo de materia oscura crea estrellas en forma de pequeños cúmulos y asociaciones de estrellas que se disuelven con el tiempo y dispersan sus estrellas en la región central del halo de materia oscura. Con el tiempo se obtiene un componente luminoso (galaxia), que se parece a una galaxia enana esferoidal. Los objetos resultantes muestran todos los atributos extraños que se observan en las galaxias enanas esferoidales hoy en día, como múltiples núcleos o contornos retorcidos.

“De acuerdo al modelo de disolución de cúmulos de estrellas, las galaxias enanas esferoidales se forman mediante la fusión y disolución de varios cúmulos de estrellas formados en gas molecular y que orbitan dentro de un halo de materia oscura. Las primeras simulaciones basadas en este modelo fueron hechas por la Dra. Paulina Assmann (UdeC) en las que se formaban todos los cúmulos al inicio de la simulación y se dejaba evolucionar el sistema por 10 mil millones de años (ver figura 1).

En este nuevo trabajo, agregamos formación estelar, formando los cúmulos de estrellas en distintos momentos de la simulación, para asemejar aún más las simulaciones con las historias de formación estelar observadas en galaxias enanas esferoidales; los resultados de las simulaciones muestran que podemos obtener objetos similares a las galaxias enanas esferoidales, incluso formando los cúmulos de estrellas en distintos momentos”, señala el autor Alex Alarcón. (Ver figura 2 que muestra las historias de formación estelar observadas (izquierda) y simuladas (derecha)).

“Nuestros modelos fueron a menudo criticados, porque formamos todas las estrellas al mismo tiempo y no en diferentes períodos como se ve en algunas galaxias enanas esferoidales. Con esta simplificación podríamos obtener la forma del objeto y los movimientos de las estrellas correctas, pero no podríamos predecir las diferencias en el contenido de elementos de las diferentes estrellas, vistas en galaxias enanas esferoidales, pero resultantes del hecho de que tenemos múltiples generaciones de estrellas dentro de estos objetos”, señala el Dr. Michael Fellhauer.

En este nuevo studio, los investigadores muestran que sus modelos propuestos predicen los mismos objetos, incluso si se forman las estrellas (cúmulos estelares y asociaciones) de acuerdo con la distribución observada en las abundancias de los elementos.

“Además, nuestros modelos ofrecen predicciones asombrosas en qué casos podemos ver galaxias enanas esferoidales con cúmulos de estrellas y por qué la mayoría de ellas no tienen ninguna asociación con ellas”, finaliza Fellhauer.

Las simulaciones de esta investigación se realizaron en un computador de 64 núcleos y ~200 GB que se encuentra en el Departamento de Astronomía y el siguiente paso de la investigación será comparar las simulaciones con las observaciones, para estudiar las predicciones del modelo de disolución de cúmulos de estrellas.

“Estoy trabajando con Josh Simon de Carnegie Observatories (Pasadena, USA), Andrés del Pino del Space telescope Science Institute (Baltimore, USA) y Michael Fellhauer (UdeC). Según nuestros modelos, las estrellas que se forman en el mismo cúmulo de estrellas siguen órbitas similares, por lo que esperamos detectar grupos de estrellas con composición química (ya que se formaron de la misma nube de gas) y velocidades similares en galaxias enanas esferoidales”, señala Alarcón.

La investigación fue publicada en la prestigiosa revista científica “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” (MNRAS 2018, vol.473, p. 5015-5025) y se titula “Un posible escenario de formación para las galaxias enanas esferoidales – III. Añadiendo historias de formación estelar al modelo fiducial". Es liderada por el astrónomo UdeC, Alex Alarcón, quien trabajó en conjunto con los investigadores M. Fellhauer, D.R. Matus Carrillo, P. Assmann, F. Urrutia Zapata, J. Hazeldine y C.A. Aravena.

Para obtener más información, consultar nuestro sitio web: http://theory-starformation-group.cl.

El artículo original completo se puede descargar aquí.

Figura 1: Simple representación del modelo de disolución de cúmulos, en el cual se forman cúmulos de estrellas dentro de un halo de materia oscura. Estos cúmulos se disuelven mientras orbitan el centro del halo de materia oscura y luego de 10 mil millones de años de evolución, podríamos obtener un objeto con las características de una galaxia enana esferoidal. 
Figura 2: Historias de formación estelar de galaxias enanas esferoidales. El panel izquierdo muestra las historias de formación estelar calculadas por Weisz et al. 2014, quien mostró que las formaciónes estelares de galaxias enanas esferoidales son muy variadas y van desde intensos episodios de formación estelar, en las que se formaron casi todas las estrellas al mismo tiempo (ej. Sculptor) hasta formaciones estelares constantes en las cuales se forman estrellas hasta el día de hoy (ej: Leo I o Fornax).
El panel de la derecha muestra las historias de formación estelar simuladas en nuestro trabajo, las cuales tienen una dependencia lineal, cuadrática y constante. También usamos una historia de formación estelar que se asemeja a la galaxia Tucana, la cual es una galaxia enana esferoidal aislada. 
Figura 3: Este gráfico muestra los resultados de una de nuestras simulaciones. El panel de la izquierda muestra la forma del objeto final, el cual es más luminoso en el centro, ya que tiene más densidad de partículas, y a medida que nos alejamos del centro se vuelve menos denso/Luminoso. Este mismo comportamiento se puede ver en el panel del centro, el cual muestra cómo decae el brillo superficial a medida que nos alejamos del centro.
El panel de la derecha muestra el perfil de velocidad de dispersión, el cual se mantiene casi constante a medida que nos alejamos del centro de la galaxia, esto también se observa en galaxias enanas esferoidales del grupo local y se cree que se debe a que son altamente dominadas por materia oscura. 

Comunicaciones Departamento de Astronomía

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