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Astrónomos resuelven una de las paradojas más inquietantes en la historia de la evolución de las galaxias

Santa María Tonantzintla, Puebla, a 13 de noviembre de 2019. Utilizando datos de instrumentos astronómicos trabajando en distintas longitudes de onda, un equipo internacional de astrofísicos liderado por un mexicano determinó que el grupo compacto de galaxias conocido como el Sexteto de Seyfert ha colapsado hasta dos veces, lo que resuelve una aparente  paradoja  en la historia de la evolución de los grupos compactos  galaxias: la paradoja del tiempo dinámico. Por las condiciones dinámicas estas estructuras debieron haber colapsado hace mucho tiempo y las galaxias deberían de haberse fusionado para hacer una galaxia gigante, quizá con forma elíptica; pero aún se pueden reconocer a las galaxias individuales dentro de los grupos. Esto puso en duda la naturaleza de dichas agregaciones de galaxias.

Dr. Omar López Cruz. Foto: archivo INAOE.

La investigación, publicada en el Astrophysical Journal Letters hoy 13 de noviembre, se centra en cuatro galaxias del Sexteto de Seyfert, un grupo de galaxias a unos 190 millones de años luz de distancia, localizado en  la constelación de Serpens. Las cuatro galaxias objeto del estudio tienen evidencia de poca formación estelar, pese a mostrar fuertes signos de haber interactuado entre sí. Los científicos identificaron un episodios previo de fuerte formación, seguido de otros dos de menor formación  estelar comunes a las cuatro galaxias. Con esto se pudo determinar  que estos objetos ya tuvieron un primer colapso y  que van en camino hacia una segunda interacción.

En entrevista, el Dr. Omar López Cruz, investigador del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), comenta que este grupo compacto había sido objeto de acalorado debate científico en el pasado. "Mucha gente estaba sorprendida de que se miraban muchos indicios de interacción pero muy poca formación estelar. Algunos se aventuraron diciendo que había habido una interacción antes, y nosotros determinamos que sí y establecimos cuándo ocurrió", dice.

El resultado obtenido por el equipo es importante porque resuelve la paradoja, porque establece que las galaxias en los grupos compactos han sobrevivido a un colapso previo.

Con datos del CALIFA (Calar Alto Legacy Integral Field Area Survey), Héctor Ibarra, egresado del doctorado en Astrofísica de este Centro Público de Investigación, implementó varias técnicas de análisis de este tipo de datos denominados IFU (Integral Field Unit). Con esos datos, más los del telescopio espacial Hubble y de otras misiones, los astrofísicos descubrieron que la historia de formación estelar indica que este grupo tiene tres brotes  de formación estelar, pero que la época de los brotes no coincide con ninguna galaxia ajena al grupo.

"Esto fue muy importante porque en un solo apuntado de CALIFA se pudo estudiar a cuatro galaxias del Sexteto de Seyfert y se pudo determinar la historia de formación estelar en función del tiempo cósmico. Comparamos con una muestra de galaxias independientes y estos brotes salen en otra épocas, pero no tienen nada que ver. Esta fue la clave principal que nos indica que ya interactuaron y que fue hace dos mil millones de años", agrega el Dr. López Cruz.

El investigador explica que este grupo es tan compacto que cabría en el diámetro de nuestra galaxia: "Vimos que las galaxias están muy distorsionadas, se han hecho más chicas y hay muchas estrellas volando alrededor, entre el grupo. Hay mucha luz. También hay una galaxia que ya no tiene identidad como tal, tiene forma de una lengua de estrellas, muchas pensaron que es como una cola de la galaxia central, pero no: gracias a estos datos podemos afirmar de una vez por todas que se trata de una galaxia destruida, era como una galaxia espiral que estaba ahí".

El investigador agrega que estos datos son tan ricos que proporcionan información valiosa sobre la dinámica: "la galaxia central tiene un disco y las estrellas van en una dirección y el gas va en la dirección contraria. Usualmente el gas y las estrellas rotan en un sistema en la misma dirección pero aquí no, el gas va rotando en contra de las estrellas. Esto apunta a que hubo una interacción antes y que el gas de otra galaxia le cayó a esta galaxia, que es la central. Esta evidencia, además de la evolución de las estrellas, nos dice que las galaxias van rumbo hacia un segundo colapso, después del cual dudo que sobrevivan, y formarán una galaxia grande, probablemente una elíptica".

Interrogado sobre por qué se interesó por este grupo compacto, el Dr. López Cruz señala que le atrajo la interrogante de por qué, si el citado grupo ya había colapsado, seguía existiendo.

 "A esto le llamaron la paradoja del tiempo dinámico y a mí me llamó la atención. Esto lo leí por los noventa cuando estaba haciendo el doctorado, y me quedé muy intrigado porque nadie sabía por qué. Unos suponían que estas galaxias eran especiales, había muchas salidas pero ninguna contundente. Hasta el Premio Nobel de Física 2019, Jim Peebles, el Albert Einstein Professor of Science en Princeton, en uno de sus primeros libros en los años setenta, señalaba que este grupo era interesante porque no debía existir, según lo que se entendía en ese momento".

Lo que el equipo liderado por el Dr. López Cruz sugiere es que el grupo compacto existe porque ya pasó un colapso y va por el segundo: "Y podrían ser hasta tres colapsos dependiendo de las condiciones iniciales y esto es más natural que un solo colapso. Entonces colapsan, pasan las galaxias, rebotan, vuelven a interaccionar y así hasta que se forma una estructura estable. Este modelo es contrario a lo que se acepta actualmente, que es un modelo en el cual vas formando galaxias a partir de estructuras chicas, lo que se conoce como la materia oscura fría, vas pegando y pegando hasta que se forma un objeto grande. Nosotros decimos que aquí hay condiciones iniciales a nivel del grupo donde estas galaxias ya tuvieron una historia de interacción que apenas estamos descubriendo. Esto es muy importante porque resuelve este problema y nos dice que podemos ir a grandes distancias, penetrar dos mil millones de años en el tiempo y empezar a ver dónde se estaban formando estos objetos. Hay muchos cabos sueltos que se pueden pegar. Muchos creían esto, era una posibilidad, pero nadie tenía evidencia para decir qué era lo que estaba pasando y nadie había juntado todas las partes del rompecabezas para tener una historia consistente".

Finalmente, el astrofísico del INAOE asegura que estos hallazgos hubieran sido imposibles en el pasado: "El momento por el que está pasando la astronomía es muy importante porque tenemos acceso a datos en todas las longitudes de onda. Además hay nuevos instrumentos que nos están dando información valiosa, como MEGARA en el Gran Telescopio Canarias. Este tipo de instrumentación nos está dando una visión nueva de las galaxias. Ahora podemos ver la historia completa de la evolución en estos sistemas estelares".

Además del Dr. López Cruz, participaron en el proyecto los doctores Héctor Ibarra-Medel, de la Universidad de Illinois; Sebastián F. Sánchez y Jorge Barrera Ballesteros, del Instituto de Astronomía de la UNAM; Mark Birkinshaw, de la Universidad de Bristol; Christopher Añorve, de la Universidad Autónoma de Sinaloa; Jesús Falcón, de la Universidad de La Laguna, España; Wayne A. Barkhouse, de la Universidad de Dakota del Norte, y Juan Pablo Torres Papaqui, de la Universidad de Guanajuato.

Referencia: Secondary Infall in the Seyfert's Sextet: A Plausible Way Out of the Short Crossing Time Paradox

Omar López-Cruz et al. 2019 Astrophysical Journal Letters, 886,  L2