La energética juventud de las galaxias enanas que nos rodean.

Evolución sorpresa de las galaxias enanas.

Evolución de una galaxia enana en las simulaciones NIHAO. Las imágenes muestran la temperatura del gas (rojo es caliente, azul es frío) a diferente desplazamiento al rojo. Se puede apreciar la burbuja de gas caliente explusada hacia los exteriores por las explosiones de supernova. Créditos: NIHAO collaboration.

Un equipo internacional, liderado por un antiguo estudiante de la Universidad de La Laguna (ULL), José R. Bermejo‐Climent, y por la investigadora del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) Giuseppina Battaglia, ha descubierto que algunas de las pequeñas galaxias que orbitan alrededor de la Vía Láctea podrían modificar la estructura interna de sus halos de materia oscura en las primeras fases de su vida mediante la energía producida por las explosiones de supernova.

Se piensa que la mayor parte de la materia del Universo es materia no bariónica, posiblemente compuesta por partículas que aún no conocemos. Según la teoría actual, si en la formación y evolución de galaxias solo influyen las interacciones gravitatorias, las galaxias deberían estar rodeadas por extensos esferoides de partículas de materia oscura siguiendo una distribución concreta y cuya densidad aumenta conforme nos acercamos a su centro.

Sin embargo, “se está alcanzando el consenso de que los procesos debidos a la componente bariónica de las galaxias, pueden alterar la distribución de materia oscura, haciéndola menos densa en el centro”, comentan Arianna Di Cintio y Chris B. Brook, astrofísicos del IAC y de la ULL.

Los cálculos analíticos y simulaciones muestran que, en principio, la energía que proviene de las explosiones de supernovas tipo II, asociadas a la muerte de estrellas masivas, pueden presionar el gas repetidamente hacia las partes externas. Esto provocaría un cambio en el potencial gravitatorio en el centro de las galaxias, reajustando la distribución de materia oscura, que se volvería menos densa en las regiones centrales.

“Es de crucial importancia cuantificar cómo los procesos relacionados con la muerte de las estrellas pueden afectar a las propiedades de la distribución de la materia oscura”, informan Giuseppina Battaglia y José Ramón Bermejo-Climent, astrofísica del IAC y de la ULL e investigador del National Institute of Astrophysics (INAF) y antiguo alumno de la Universidad de La Laguna, respectivamente. Y añaden: “Esto ayuda a la comunidad a poner a prueba las teorías sobre la materia oscura”.

Izquierda: Simulaciones de burbujas de gas escapándose del disco galáctico
debido a las explosiones de supernova que ocurren después de un brote de
 formación estelar, creando agujeros en el campo de densidad de gas HI.
Derecha: observación real del gas HI en la galaxia enana irregular aislada IC 1613.
Imágenes tomadas de: http://adsabs.harvard.edu/abs/2016MNRAS.462.3628R

En este estudio, los autores han utilizado datos precisos sobre la cantidad de estrellas formadas en las primeras fases de la vida cuando el Universo apenas tenía una cuarta parte de su edad actual, de 16 galaxias enanas del Grupo Local al que pertenece la Vía Láctea.

“Nuestro Grupo Local –explican los investigadores del IAC y de la ULL Carme Gallart y Matteo Monelli- nos ofrece la posibilidad de calcular cuántas estrellas han nacido y muerto en la historia de las galaxias que lo componen desde los primeros tiempos, porque podemos estudiar estos sistemas con exquisito detalle gracias a su proximidad”.

Calculando la cantidad de energía asociada a las estrellas masivas que se espera que hayan explotado en forma de supernova tipo II en los primeros miles de millones de años de vida de estas galaxias, los autores han podido concluir que, salvo que más del 90% de esta energía se pierda en forma de radiación, estos procesos pueden inducir cambios en la densidad de los halos de materia oscura de las galaxias analizadas.

Los investigadores se atreven a augurar también cuáles de estos sistemas son los más prometedores para estudiar más a fondo. “Predecimos que, entre las galaxias enanas que rodean la Vía Láctea, las desviaciones más grandes de la estructura inicial de los halos de materia oscura deberían tener lugar en las galaxias enanas brillantes de Sculptor y Fornax”, afirman Bermejo-Climent y Battaglia. “Mientras que las galaxias enanas menos luminosas de Draco y Ursa Minor deberían haber sido más capaces de preservar las densidades centrales iniciales en sus halos de materia oscura”. El tiempo confirmará si las predicciones se hacen realidad.

Los estudios de este artículo se han llevado a cabo en colaboración con investigadores del MPIA, Heidelberg (Alemania), el Centro de Astrofísica Teórica y Cosmología de la Universidad de Zurich (Suiza), el Instituto de Astronomía de la Universidad de Edimburgo (Reino Unido) y el Departamento de Física de la Universidad de Surrey (Reino Unido).

Artículo: J.R. Bermejo-Climent et al. On the early evolution of Local Group dwarf galaxy types: star formation and supernova feedback. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 479, Issue 2, 11 September 2018, Pages 1514–1527, https://doi.org/10.1093/mnras/sty1651

Contacto:

José R. Bermejo-Climent (bermejo@iasfbo.inaf.it)

Giuseppina Battaglia (gbattaglia@iac.es)

• Publicado el 16 de julio del 2.018 en IAC, enlace divulgación.