Un ejemplo de una galaxia espiral cercana, M81, donde el bulto y el disco se identifican fácilmente. Crédito:NASA / JPL-Caltech / ESA / Harvard-Smithsonian CfA.
Un equipo internacional de científicos dirigido desde el Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), con participación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha utilizado el Gran Telescopio Canarias (GTC) para estudiar una muestra representativa de galaxias, tanto disco como esferoidal, en una zona de cielo profundo en la constelación de la Osa Mayor para caracterizar las propiedades de las poblaciones estelares de bulbos galácticos. Los investigadores han podido determinar el modo de formación y desarrollo de estas estructuras galácticas. Los resultados de este estudio se publicaron recientemente en El diario astrofísico .
Los investigadores centraron su estudio en discos masivos y galaxias esferoidales, utilizando datos de imágenes del Telescopio Espacial Hubble y datos espectroscópicos del proyecto SHARDS (Encuesta para fuentes rojas y muertas de alta absorción z), un programa de observaciones sobre la región completa GOODS-N (Great Observatories Origins Deep Survey — North) a través de 25 filtros diferentes tomados con el instrumento OSIRIS en el Gran Telescopio Canarias (GTC), el telescopio óptico e infrarrojo más grande del mundo, en el Observatorio Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma, Islas Canarias).
El análisis de los datos permitió a los investigadores descubrir algo inesperado:las protuberancias de las galaxias del disco se formaron en dos ondas. Un tercio de las protuberancias en las galaxias de disco se formaron con un corrimiento al rojo de 6.2, que corresponde a una época temprana en el Universo, cuando era solo el 5% de su edad actual, alrededor de 900 millones de años. "Estas protuberancias son las reliquias de las primeras estructuras formadas en el Universo, que hemos encontrado escondidos en galaxias de disco locales ", explica Luca Costantin, investigador del CAB dentro de un programa de Atracción de Talento de la Comunidad de Madrid, y el primer autor del artículo.
Imágenes de algunas de las galaxias estudiadas en el presente trabajo, mucho más lejos y más débil, por lo que estudiar sus estructuras es más complejo y solo es posible con datos muy precisos proporcionados por el GTC y el Hubble. La galaxia de la izquierda y la central son dos galaxias de disco, mientras que el de la derecha es esferoidal. Crédito:Luca Costantin et al.
Pero en contraste, casi dos tercios de las protuberancias observadas muestran un valor medio de corrimiento al rojo de alrededor de 1,3, lo que significa que se formaron mucho más recientemente, correspondiente a una edad de cuatro mil millones de años, o casi el 35% de la edad del Universo.
Una característica peculiar que permite la distinción entre las dos ondas es que las protuberancias centrales de la primera onda, los bultos más viejos, son más compactos y densos que los formados en el segundo, ola más reciente. Además, los datos de las galaxias esferoidales de la muestra muestran un valor de corrimiento al rojo medio de 1,1, lo que sugiere que se formaron en el mismo tiempo general que las protuberancias de la segunda ola.
Para Jairo Méndez Abreu, investigador de la Universidad de Granada (UGR) y coautor del artículo, quien fue investigador postdoctoral Severo Ochoa en el IAC, "la idea detrás de la técnica utilizada para observar las estrellas en el bulto central es bastante simple, pero no ha sido posible aplicarlo hasta el reciente desarrollo de métodos que nos han permitido separar la luz de las estrellas en el bulbo central de las del disco, para ser específicos los algoritmos GASP2D y C2D, que hemos desarrollado recientemente y que nos han permitido alcanzar una precisión sin precedentes ".
Imagen del estudio de cielo profundo realizado por el telescopio espacial Hubble, llamado GOODS-N (Great Observatories Origins Deep Survey - Norte). Crédito:NASA, ESA, G. Illingworth (Universidad de California, Santa Cruz), P. Oesch (Universidad de California, Santa Cruz; Universidad de Yale), R. Bouwens e I. Labbé (Universidad de Leiden), y el equipo científico.
Otro resultado importante del estudio es que las dos ondas de formación de protuberancias difieren no solo en términos de la edad de sus estrellas, sino también en términos de sus tasas de formación estelar. Los datos indican que las estrellas en las protuberancias de la primera ola se formaron rápidamente, en escalas de tiempo típicamente de 200 millones de años. De lo contrario, una fracción significativa de las estrellas en las protuberancias de la segunda ola requirió tiempos de formación cinco veces más largos, unos mil millones de años.
"Hemos descubierto que el Universo tiene dos formas de formar las zonas centrales de galaxias como la nuestra:comenzando temprano y funcionando muy rápidamente, o tomarse el tiempo para empezar, pero finalmente formando una gran cantidad de estrellas en lo que conocemos como el bulto ", comenta Pablo G. Pérez González, investigador del CAB, e investigador principal del proyecto SHARDS, que dio datos esenciales para este estudio. En palabras de Antonio Cabrera, el Jefe de Operaciones Científicas del GTC, "SHARDS es un ejemplo perfecto de lo que es posible gracias a la combinación de la enorme capacidad de recolección del GTC y las extraordinarias condiciones del Observatorio Roque de los Muchachos, para producir 180 horas de datos con una calidad de imagen tan excelente, imprescindible para la detección de los objetos aquí analizados ".
Como lo describe Paola Dimauro, investigador del Observatorio Nacional de Brasil y coautor de este artículo, "este estudio nos ha permitido explorar la evolución morfológica y la historia del ensamblaje de los componentes estructurales de las galaxias, análogo a los estudios arqueológicos, analizando la información codificada en los millones de estrellas de cada galaxia. El punto interesante fue encontrar que no todas las estructuras se formaron al mismo tiempo, o de la misma forma ".
Los resultados de este estudio han permitido a los observadores establecer un curioso paralelo entre la formación y la evolución a través del tiempo de los estudios de las galaxias de disco y la creación y desarrollo de una gran ciudad durante los siglos. Así como encontramos que algunas grandes ciudades tienen centros históricos, que son más antiguos y albergan los edificios más antiguos en calles estrechas y abarrotadas, Los resultados de este trabajo sugieren que algunos de los centros de galaxias de disco masivas albergan algunos de los esferoides más antiguos formados en el Universo. que han seguido adquiriendo material, formando discos más lentamente, las afueras de la ciudad nueva en nuestra analogía.
