Gemini Norte descubre densos fósiles de galaxias enanas

November 8, 2023

El eslabón perdido de este extraño tipo de galaxias yace en galaxias enanas que fueron despojadas de sus estrellas

Gemini Norte descubre densos fósiles de galaxias enanas

Un equipo de astrónomos consiguió capturar en imágenes los restos erosionados de más de un centenar de galaxias enanas que se están transformando en galaxias enanas ultra compactas, es decir, en objetos con masas mayores que la de los cúmulos estelares, pero mucho más pequeñas que las galaxias enanas. Los hallazgos fueron realizados utilizando el telescopio de Gemini Norte, la mitad boreal del Observatorio Gemini que opera NOIRLab de NSF y AURA, y confirman que muchas galaxias enanas ultra compactas son probablemente los fósiles de galaxias enanas normales cuyas capas exteriores se desprendieron.

Las galaxias enanas ultra compactas (UCDs) se encuentran entre los más densos grupos de estrellas en el Universo. Como se trata de agrupaciones más compactas que otras galaxias con masa similar, pero más grandes que los cúmulos estelares (los objetos a los que más se parecen) estos desconcertantes objetos son difíciles de clasificar. La pieza que siempre faltó para completar este enigma cósmico fue la falta de suficientes objetos intermedios o transicionales para estudiar. Sin embargo, un nuevo estudio de galaxias logró completar las piezas faltantes para demostrar que muchos de estos objetos enigmáticos se formaron probablemente a partir de la destrucción de galaxias enanas.

La idea de que las UCDs son remanentes de galaxias enanas destruidas fue propuesta desde su descubrimiento hace dos décadas atrás, pero ninguna de las búsquedas anteriores revelaron poblaciones importantes de galaxias en transición. Por tal motivo, un equipo internacional de astrónomos realizó una búsqueda sistemática de estos objetos de etapa intermedia alrededor del Cúmulo de Virgo, una agrupación de miles de galaxias en dirección a la constelación de Virgo. Con la ayuda del telescopio Gemini Norte, ubicado cerca de la cima de Maunakea en Hawaiʻi, el equipo logró identificar más de 100 de estos fósiles galácticos que muestran cada una de las diferentes etapas del proceso de transformación.

“Nuestros resultados entregan el panorama más completo del origen de esta misteriosa clase de galaxia que fue descubierta hace cerca de 25 años atrás”, expresó el astrónomo de NOIRLab Eric Peng, coautor del artículo científico que describe los resultados que serán publicados en la revista Nature. “Aquí mostramos un total de 106 pequeñas galaxias en el cúmulo de Virgo con tamaños que van desde las galaxias enanas normales hasta las UCD, lo que revela un continuo que completa la ‘brecha de tamaño’ entre los cúmulos de estrellas y las galaxias”, explicó.

El equipo compiló su muestra observando imágenes del Estudio del Cúmulo de Virgo de Próxima Generación, realizado por el telescopio Canada-Francia-Hawaiʻi. Si bien lograron identificar cientos de candidatos de progenitores de UCDs, no lograron confirmar su verdadera naturaleza, porque las UCD que están rodeadas por envolturas de estrellas no se pueden diferenciar de las galaxias normales que se encuentran más allá del cúmulo de Virgo.

Para separar a los progenitores de UCD de las galaxias de fondo, el equipo realizó estudios espectroscópicos de seguimiento con Gemini Norte para obtener mediciones más concretas de sus distancias. Estas observaciones permitieron a los astrónomos eliminar todas las galaxias de fondo de sus muestras hasta que quedaron solamente las UCDs dentro del cúmulo de Virgo.

En este vasto estudio, hay esparcidas muchas galaxias enanas con cúmulos estelares centrales ultracompactos que representan etapas tempranas de procesos de transformación. Este tipo de galaxias enanas dan a entender que una vez que sus vecinas más masivas las despojen de sus capas externas de estrellas y gas, sólo quedará un objeto idéntico a las UCD de etapa tardía.

Los investigadores también encontraron muchos objetos con envolturas estelares muy extendidas y difusas alrededor, lo que indica que actualmente se encuentran en plena transición a medida que son despojadas de sus estrellas y de su materia oscura. Al interior de su extensa muestra, el equipo identificó varios objetos en distintas etapas del proceso de evolución, los cuales, una vez situados en la secuencia correcta, cuentan la historia sobre la morfología de los UCDs. Además, todos los candidatos estaban cerca de galaxias masivas, lo que sugiere que su entorno local juega un importante rol en su formación.

“Una vez que analizamos las observaciones de Gemini y eliminamos toda la contaminación de fondo, logramos observar que estas galaxias de transición existen casi exclusivamente cerca de grandes galaxias, de ese modo supimos inmediatamente que la transformación del entorno tiene que ser importante”, explicó Kaixiang Wang, estudiante de doctorado en la Universidad de Peking y autor líder del artículo científico.

Además de identificar el entorno en que viven los UCDs, estos resultados también brindan información valiosa sobre el número de estos objetos y cómo es la secuencia completa de su cambio evolutivo. “Es emocionante que finalmente podamos ver esta transformación en acción. Nos dice que muchos de estos UCDs son restos fósiles visibles de antiguas galaxias enanas en cúmulos galácticos, y nuestros resultados sugieren que hay probablemente muchos más remanentes de baja masa que esperan ser descubiertos” puntualizó Peng.

Por su parte, el Director de Programa de NSF para NOIRLab, Chris Davis, indicó que “esta investigación ilustra cómo los estudios de gran tamaño pueden mejorar nuestra comprensión de las preguntas más importantes en astronomía, como la evolución de las galaxias. NOIRLab de NSF es líder mundial en el apoyo a estudios astronómicos, y más importante aún, en brindar acceso público y comunitario a los datos y a los sorprendentes descubrimientos resultantes”.

Más Información

Esta investigación se presentó en un artículo de investigación publicado en la revista Nature. DOI: 10.1038/s41586-023-06650-z

El equipo de investigación estaba compuesto por K. Wang (Peking University), E. W. Peng (NSF’s NOIRLab), C. Liu (Shanghai Jiao Tong University), J. Christopher Mihos (Case Western Reserve University), P. Côté (National Research Council of Canada), L. Ferrarese (National Research Council of Canada), M. Taylor (University of Calgary), J. P. Blakeslee (NSF’s NOIRLab), J. Cuillandre (Universite! Paris Diderot), P. Duc (Université de Strasbourg), P. Guhathakurta (University of California Santa Cruz), S. Gwyn (National Research Council of Canada), Y. Ko (Korea Astronomy and Space Science Institute), A. Lançon (Université de Strasbourg), S. Lim (Yonsei University), L. A. MacArthur (Princeton University), T. Puzia (Pontificia Universidad Católica de Chile), J. Roediger (National Research Council of Canada), L. V. Sales (University of California), R. Sanchez-Janssen (Royal Observatory Edinburgh), C. Spengler (Pontificia Universidad Católica de Chile), E. Toloba (University of the Pacific), H. Zhang (University of Science and Technology of China), & M. Zhu (Peking University).

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai‘i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai‘i y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.