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El sistema de cúmulos globulares de Messier 106, ¿reliquia del mediodía cósmico?

Santa María Tonantzintla, Puebla, a 2 de mayo de 2019.- Un equipo científico internacional liderado por una investigadora mexicana descubrió cúmulos globulares en la galaxia espiral Messier 106 (también conocida como M106 o NGC4258) que giran a la misma velocidad que el gas en el disco de la galaxia. Esto  implica que el sistema de cúmulos globulares está alineado con el disco, por lo que podría ser una reliquia del mediodía cósmico.

Esta investigación se realizó utilizando el Gran Telescopio Canarias (GTC), del que México es socio, y los resultados se publicaron ayer, en la edición del 1 de mayo de The Astrophysical Journal (ApJ).

La Dra. Rosa Amelia González-Lópezlira, investigadora del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Morelia (IRyA-UNAM), encabeza este proyecto. El segundo autor del artículo es el Dr. Divakara Mayya, investigador del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE). El equipo de trabajo involucra investigadores y estudiantes de Australia, Alemania, Brasil, Chile, Francia y Dinamarca, ademas de colegas del IRyA-UNAM y el INAOE.

Dra. Rosa Amelia-González Lópezlira. Foto tomada de: https://www.youtube.com/watch?v=4rKn1ZRdgd4

La Dra. González-Lópezlira explica que los cúmulos globulares son aglomerados de entre cien mil y un millón de estrellas. Son objetos comunes, en especial en las galaxias grandes. "La Vía Láctea, nuestra galaxia, tiene 160 de estos cúmulos, mientras que las galaxias elípticas llegan a tener decenas de miles de ellos. Comúnmente estos cúmulos se encuentran distribuidos como en una esfera alrededor de las galaxias. Todas las estrellas de un cúmulo globular son aproximadamente coetáneas y tienen más o menos la misma composición química. No sabemos exactamente cómo se formaron estos cúmulos, y hay varias hipótesis que intentan explicarlo: una dice que preceden a la formación de las galaxias, otra hipótesis que se forman junto con ellas, aún otra postula que algunos aparecen cuando el gas choca durante una fusión de galaxias", indica. En la Vía Láctea,  por ejemplo, la mayoría de los cúmulos globulares parece haberse formado junto con la Galaxia; unos pocos  fueron formados o adquiridos posteriormente, al irse fusionando con ella una o varias galaxias pequeñas.

Los cúmulos globulares son objetos muy viejos y se formaron hace aproximadamente 11,500 millones de años, 2,300 millones de años después del Big Bang y poco antes de que la tasa de formación estelar cósmica alcanzara su pico, hace 10,000 millones de años. "A este momento se le conoce como el mediodía cósmico. Los cúmulos son muy brillantes y se pueden ver a distancias muy lejanas, lo que quiere decir que nos pueden dar claves de cómo se fueron ensamblando las galaxias durante este periodo de máxima formación estelar", señala la astrofísica.

El artículo que se publicó ayer forma parte de un proyecto más amplio para estudiar los sistemas de cúmulos globulares en nueve galaxias espirales dentro de un radio de 52 millones de años luz. "Nos interesa en particular la relación entre el número de cúmulos globulares y la masa del agujero negro central en galaxias espirales", comenta la investigadora.

La relación es muy ajustada para las galaxias elípticas, pero no es tan clara en las galaxias espirales.  La Vía Láctea, por ejemplo, no la cumple. La Dra. González-Lópezlira abunda: "Las nueve galaxias espirales que vamos a estudiar tienen buenas estimaciones de las masas de sus agujeros negros y están a distancias a las que se pueden ver bien los cúmulos globulares con el telescopio Canadá Francia Hawaii, con el que hacemos las observaciones iniciales".

Dr. Divakara Mayya. Foto: archivo INAOE.

Al respecto, el Dr. Divakara Mayya explica que este tipo de estudios comienza tomando imágenes y encontrando candidatos a cúmulos globulares con base en diagramas llamados color-color, con la particularidad de que en este caso se utiliza un filtro ultravioleta y uno infrarrojo, además de un filtro óptico, lo que no es común. "En estos diagramas se selecciona a los candidatos pero pueden colarse otros objetos aparentemente puntuales, tales como estrellas y galaxias lejanas. Por lo tanto, se toman espectros para confirmar que cada uno tiene una población coetánea vieja, y que su velocidad de recesión es compatible con la velocidad de recesión de la galaxia a la que se supone que pertenece. Usamos OSIRIS en el GTC porque estos objetos están bastante lejos, y por lo tanto son necesarias exposiciones de más de una hora con el telescopio más grande del mundo para poder extraer la información de los espectros. OSIRIS es un espectrógrafo multiobjeto con el que se puede observar varios objetos a la vez. En este caso observamos en total 23 candidatos a cúmulos globulares en dos campos".

El principal hallazgo del proyecto, apunta la Dra. González-Lópezlira, fue totalmente inesperado y sorprendente. En vez de distribuirse en una esfera, "los cúmulos globulares de NGC 4258 parecen estar dispuestos en un disco que gira en fase y prácticamente tan rápido como el disco de hidrógeno neutro (HI) de la galaxia, aun a grandes distancias del centro de la misma. Esto no se había visto nunca antes. Son de las cosas muy bonitas que le pasan a uno en la ciencia".

La Dra. González-Lópezlira subraya que, por la forma en la que se mueven los cúmulos de M106, el disco donde se distribuyen se parece mucho a los discos donde vemos que se estaban formando estrellas hace 10,000 millones de años. "La especulación es que el disco de cúmulos de M106 es una reliquia o remanente de esta época del mediodía cósmico".

Los investigadores corroboraron además con el GTC que M106 sí cae en la correlación entre número de cúmulos globulares y masa del agujero negro, y que su método fotométrico para encontrar cúmulos globulares es excelente.  El agujero negro supermasivo en el centro de M106 pesa 40 millones de masas solares, 10 veces más que el de la Vía Láctea y 150 veces menos que el de Messier 87, cuya imagen fue presentada recientemente.

Finalmente, la investigadora del IRyA-UNAM agregó que estudios de este tipo en más galaxias espirales podrán aclarar el papel de las varias hipótesis propuestas para el ensamblaje de las galaxias,  sus sistemas de cúmulos globulares y sus agujeros negros.