Qué son las galaxias caníbales y cómo crecen en el espacio

En el espacio las distancias son enormes y muchas veces no podemos dimensionarlas a escala humana cuando hablamos de planetas distantes, soles y galaxias. En la vida de las galaxias la interacción con las vecinas juega un papel esencial. Tanto es así que, a pesar de ese espacio sideral que hay entre ellas, terminan chocando y devorándose unas a otras.

Es que las galaxias no existen en forma individual. La mayoría forma sistemas múltiples en los que viven y evolucionan bajo la influencia de otras galaxias vecinas. Observarlas interactuar a millones de años luz de distancia nos permite conocer también el comportamiento que ha tenido nuestra galaxia, la Vía Láctea en su evolución en el tiempo.

Esta semana, se ha descubierto una galaxia que refleja la versión muy temprana de nuestra galaxia natal, la Vía Láctea. La galaxia, apodada The Sparkler, está incrustada en un sistema de antiguos cúmulos estelares y se alimenta con avidez de sus compañeras galácticas más pequeños para crecer, según una reciente investigación publicada en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society a partir de observaciones realizadas por el poderoso telescopio espacial James Webb (JWST).

El descubrimiento de Sparkler, llamado así por sus dos docenas de cúmulos globulares en órbita, proporciona una visión única de la historia de formación de la Vía Láctea durante su infancia. Los cúmulos globulares son colecciones densas de alrededor de un millón de estrellas. La Vía Láctea alberga actualmente alrededor de 200 cúmulos globulares.

“La población de galaxias del universo evoluciona de una manera que hace pocas décadas ni siquiera imaginábamos. Es algo que ocurre en una escala tan diferente de la humana, tanto en tamaño como en tiempo, que parece imposible. Pero las galaxias chocan. Chocan todo el tiempo. Como resultado de estos choques las galaxias se distorsionan y, yendo al punto, se fusionan. Así van creciendo y, a la larga, las más grandes acaban incorporando a las más chicas. Es un canibalismo metafórico, por supuesto, no tiene nada raro, es un proceso físico completamente entendible y razonable que ocurra”, explicó a Infobae Guillermo Abramson, doctor en Física y astrónomo.

“Las galaxias chocan todo el tiempo porque la distancia que las separa (aunque es enorme) no es mucho mayor que el tamaño de las propias galaxias. En cambio, la distancia entre las estrellas que forman cada galaxia es inmensa comparada con el tamaño de las estrellas. Así que cuando las galaxias (que son colecciones de estrellas) chocan, se atraviesan como fantasmas. Las estrellas no chocan unas contra otras. Pero sus trayectorias se modifican. Cuando una galaxia pequeña se acerca a una grande (cae sobre ella, se puede decir), las mareas que se producen la estiran, y se forman colas de estrellas (mareas, porque son el mismo fenómeno que las mareas de la Luna sobre la Tierra, a una escala muchísimo mayor)”, agregó Abramson que es profesor en el Instituto Balseiro.

Y completó: “Luego la galaxia pequeña hace varias pasadas sobre o a través de la grande (dependiendo de la dirección del impacto). En cada pasada muchas de sus estrellas abandonan la galaxia pequeña y empiezan a orbitar el centro de la galaxia grande. Finalmente, lo único que queda es la cola de marea, muy estirada, y tal vez el núcleo, que por tener las estrellas más apretadas quizás sobreviva. Los astrónomos detectan estas estructuras en las galaxias grandes y pueden reconstruir la historia de cómo fueron esos choques que, en el pasado, fueron construyendo la galaxia grande”.

El doctor en Astronomía, Nicolás Maffione, explicó a Infobae: “Aquí lo que se intenta describir son las galaxias que por su masa (que no es sólo la cantidad de estrellas que la forman, sino que la materia que contienen está distribuida solo en parte en estrellas), son suficientemente ´grande´ como para ir acretando sistemas estelares más ‘pequeños’, los que también pueden ser galaxias, pero más pequeñas que las primeras. Acá, por grande o pequeño nos referimos a cuánta masa tienen estos sistemas. Cuanta más masa, más “grande” la galaxia. Es decir, no es tanto una cuestión de dimensiones, sino de material que contiene. Por otro lado, acretar quiere decir asimilar, en otras palabras: las galaxias más grandes van asimilando dentro de ellas a galaxias más pequeñas. Este mecanismo es universal, es decir observamos que sucede en todo el Universo… al cual llegan nuestros telescopios”.

Y agregó: “Por ello, lo enmarcamos dentro de un paradigma científico que se denomina de “crecimiento jerárquico”: las más grandes o que tienen mayor “jerarquía”, asimilan a las de menor jerarquía. Y esto no sería solo con galaxias, sino con estructuras aún mayores como son los cúmulos de galaxias (son muchas galaxias juntas), los filamentos, las paredes, siendo estos últimos las estructuras más grandes del universo, y están conformados ya por muchos cúmulos de galaxias. La teoría que describe esto se enmarca en lo que se conoce como “modelo cosmológico estándar”, que como su nombre lo indica es un modelo cosmológico, o sea del universo como un todo, y estándar porque es el más utilizado”.

Maffione precisó que en general las galaxias no están solas, sino que justamente por la gravedad se van agrupando. “Se asocian, por ejemplo nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene todo un sistema de galaxias más pequeñas, que al estar asociadas a nuestra galaxia se llaman galaxias satélites. Como la Luna y la Tierra, la Luna orbita a la Tierra por ser, entre los dos, el cuerpo más grande (masivo), entonces es su satélite”, definió. Y completó: “Lo mismo ocurre con las galaxias. Debido a distintos procesos astrofísicos, esas galaxias satélites van “cayendo” hacia la galaxia más grande, o sea que la galaxia central se va alimentando de sus galaxias satélites. Y como decíamos antes, esto no es una teoría especulativa, esto se observa directamente en nuestro vecindario galáctico. Cuando una galaxia satélite se va deformando al “caer” en la galaxia central o anfitriona, y se fusiona con la galaxia anfitriona, va dejando como si fueran estelas de estrellas y material en esa trayectoria hacia la asimilación final, estas estelas se llaman corrientes estelares y se observan de a montones en nuestra Vía Láctea. Nuestra galaxia está asimilando galaxias satélites, como es el caso de la galaxia enana (satélite) de Sagitario”.

La galaxia Sparkler se puede encontrar en la constelación de Volans en el cielo del sur. El equipo, dirigido por el profesor de la Universidad de Swinburne, Duncan Forbes, y el profesor de la Universidad Estatal de San José, Aaron Romanowsky, examinaron la edad de Sparkler y sus alrededores observando la abundancia de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Los astrónomos llaman a estos elementos pesados “metales”.

Esta galaxia y su sistema de cúmulos globulares se han detectado con un desplazamiento al rojo de 1,38, lo que implica que estamos viendo la galaxia hace unos 9.000 millones de años. Las observaciones son posibles gracias al nuevo JWST y al efecto de brillo de una lente gravitacional, que se alinea fortuitamente frente a la galaxia.

Al observar los cúmulos estelares compactos que rodean la galaxia, se dieron cuenta de que se parecían a versiones más jóvenes de los cúmulos alrededor de la Vía Láctea. Muchos son ricos en metales, similares a los cúmulos globulares del bulbo central de nuestra galaxia. Los investigadores también observaron cúmulos de edad intermedia pobres en metales que están asociados con una galaxia satélite que Sparkler está devorando, con sus cúmulos globulares actuando como un desierto.

Abramson explicó que los astrónomos llaman metales a todos los elementos más pesados que el hidrógeno y helio, que son abrumadoramente la inmensa mayoría de toda la materia de todo el universo. “Algunos son más fáciles de observar con distintos tipos de telescopios, y se usan como indicadores: carbono, oxígeno, nitrógeno, azufre, entre los livianos, pero también sílice, hierro, etc. Son los elementos químicos que conocemos, los de la tabla periódica. Son los mismos en todo el universo. La composición química de las galaxias va evolucionando a medida que las estrellas convierten elementos livianos en pesados en sus núcleos, y al “morir” los entregan al medio interestelar para formar generaciones sucesivas de estrellas. En ese sentido se dice ‘joven’ o ‘madura’ una población de estrellas”, sostuvo el también investigador del Conicet.

La galaxia Sparkler actualmente tiene solo el 3% de la masa de nuestra galaxia, pero los investigadores esperan que crezca a través de este proceso de alimentación en escalas de tiempo cósmicas para eventualmente igualar la masa de la Vía Láctea como la vemos hoy. “Parece que estamos siendo testigos de primera mano del ensamblaje de esta galaxia a medida que acumula su masa, en forma de una galaxia enana y varios cúmulos globulares. Estamos entusiasmados con esta oportunidad única de estudiar tanto la formación de cúmulos globulares como una Vía Láctea infantil, en un momento en que el Universo tenía solo 1/3 de su edad actual “, dijo Forbes, autor del trabajo en estudio en un comunicado.

Las observaciones son posibles gracias al impresionante poder de observación infrarrojo del JWST y un fenómeno predicho por primera vez por Albert Einstein en 1915 en su Teoría de la Relatividad General donde el gran físico sugiere que los objetos con una gran masa “deforman” la estructura del espacio como una pelota pesada colocada sobre una lámina de goma estirada. Al igual que con esa simple analogía, cuanto mayor es la masa, más extrema es la curva que provoca.

Eso significa que los objetos extremadamente masivos como los agujeros negros o las galaxias pueden “abollar” el espacio lo suficiente como para deformar la luz cuando pasa por ellos. Como resultado, si la luz de un objeto de fondo pasa por esta deformación, su tiempo de viaje se ve afectado. Esto puede llevar a que ese objeto de fondo sea amplificado por este objeto de aterrizaje en primer plano, que se describe como una “lente gravitatoria”. La galaxia Sparkler está iluminada por una lente gravitacional de este tipo que permite al JWST detectar su luz que ha estado viajando durante 9 mil millones de años para llegar al poderoso telescopio espacial.

“La imagen captada de la galaxia bautizada como Sparkler, en realidad es una triple imagen. Eso es así porque delante de la galaxia hay un cúmulo de galaxias muy masivo, el que provoca un fenómeno que se llama lente gravitacional. Como una lupa pero a escalas astronómicas. Lo que nos dice la teoría de la Relatividad (General), la teoría que explica la interacción gravitatoria a escalas no cuánticas (aún no tenemos una teoría cuántica de la gravedad), es que cualquier cuerpo con masa deforma/curva el espacio-tiempo. Claro, nosotros no vivimos en un espacio nada más, vivimos en un espacio y un tiempo. Es este espacio-tiempo el que Einstein demostró que se deforma con la masa, por eso se terminó acuñando la famosa frase que va al núcleo de la teoría general de la relatividad: “la materia le dice al espacio tiempo cómo curvarse, y el espacio tiempo curvado le dice a la materia cómo moverse”, aclaró Maffione.

Y para ser más claro lo ejemplificó: “Supongamos que la galaxia Sparkler es una esferita de madera, en cambio el cúmulo SMACS0723 que tiene justo enfrente (o sea, el cúmulo está entre nosotros y Sparkler) es una esfera más grande de plomo. Y supongamos que el espacio tiempo es como una tela. Entonces vamos a ver que Sparkler deforma la tela, la hunde un poco, pero es el cúmulo el que la deforma más, la hunde más. Esto hace que cualquier cosa que “salga” de Sparkler, su trayectoria hacia la Tierra se vea afectada por la deformación que provoca el cúmulo”.

“La trayectoria no puede ser una línea recta porque debe ir por sobre la tela, entonces la trayectoria se tuerce. Esto es lo que le pasa, incluso, a la luz. Entonces a nosotros nos llega luz (fotones) de Sparkler de varios lados, porque un rayo de luz de Sparkler pasó por una parte del pozo que generó el cúmulo, y otros rayos por otros lados del pozo, entonces parece que nos llegan de lugares distintos. Y cuando los recibimos, nuestra primera impresión es que son galaxias distintas, pero al analizarlas, nos damos cuenta que son la misma galaxia afectada por esa deformación del espacio tiempo que, en este caso, provoca un cúmulo que se encuentre entre nosotros y ella: un lente gravitacional. Es más, gracias a estos lentes es que podemos observar galaxias que de otra forma no lograríamos identificar, por ejemplo por este efecto la galaxia Sparkler parece estar magnificada en un factor de hasta 100x”, afirmó el experto astrónomo.

“El choque de dos galaxias es uno de los eventos que me resulta más extraordinario del universo. Para empezar, energéticamente es algo descomunal. Y, cuando se atraviesan como decía antes, aunque las estrellas no chocan entre sí, el gas que llena el espacio entre las mismas (que es muy tenue pero que no es vacío), sí siente el choque. Se comprime muchísimo y se desata un episodio de formación de muchas nuevas estrellas”, sostuvo Abramson, autor del blog En el cielo las estrellas.

Y concluyó: “En las fotos de choques de galaxias vemos estas estrellas nuevas brillando ferozmente en colores azules, mientras su radiación hace brillar el gas interestelar en colores rosados. Es decir, como resultado del choque se forman nuevas estrellas, casi todas con sus planetas alrededor, algunas tal vez con seres vivos, quién te dice. Es un mecanismo que convierte la energía cinética de las galaxias en ‘gente’. Es extraordinario”.

En tanto Maffione, afirmó que Sparkler, que fue descubierta en la primera tanda de publicación de datos del JWST a partir del análisis del primer “campo profundo” del telescopio, parece tener un sistema de cúmulos globulares (cúmulos de estrellas) de millones de estrellas. “Estos cúmulos son muy viejos (se cree que son estos tipos de cúmulos porque no presentan ciertas “firmas” como líneas de oxígeno que sí se ven en cúmulos más jóvenes), pero que en este caso los estamos observando en un estadío temprano, el más temprano jamás observado gracias a que el JWST nos permite mirar más allá que cualquier otro telescopio (en determinada banda del espectro electromagnético: el infrarrojo), y por ende, más hacia el pasado. Es decir, el JWST nos permite observar cúmulos globulares poco tiempo después (en escalas astronómicas) que incluso las primeras estrellas se pudieran formar. Al día de hoy, estos cúmulos serían de los más antiguos del universo observado (“nacidos” hace más de 13 mil millones de años).

Y finalizó: “esto habla también del avance tecnológico gigantesco que se está produciendo en astronomía, con observaciones que nos permiten encontrar objetos jamás antes vistos. Ciertamente es una época dorada para la observación astronómica. Y no olvidemos que si bien hablamos de ciencias básicas (como la astronomía), las ciencias básicas son el primer eslabón en la cadena de la contribución científica hacia la sociedad, porque esa ciencia básica elabora marcos que luego utilizan las ciencias aplicadas para desarrollar tecnología que mejore la vida de cada uno de nosotros. Por eso son tan importantes estos avances, no solo para contribuir al conocimiento científico general, sino como primera etapa en el desarrollo de tecnologías que más temprano que tarde, nos ayudarán en la vida diaria”.

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