¿Cómo evolucionan las galaxias?

¿Cómo evolucionan las galaxias?

Los radiotelescopios han jugado un papel fundamental en la comprensión de la evolución galáctica. Su capacidad de “ver más allá” de la imagen óptica de una galaxia ha aportado importantes conclusiones acerca de cómo se forman y desarrollan las galaxias. Sin embargo, pese a estos avances, todavía quedan preguntas por resolver acerca de cómo las galaxias tempranas, en los millones de años que siguieron al Big Bang, comenzaron a evolucionar: ¿Dónde consiguieron su material? ¿Qué impulsa su rotación? ¿Qué les ha dado forma? La sensibilidad y resolución sin igual del SKA será capaz de trazar galaxias jóvenes, recién formadas a distancias cosmológicas y, al mapear su distribución de Hidrógeno, ayudarnos a desenmarañar estas preguntas clave.

6a00d8341bf7f753ef01901d56a8f8970b-500wi

Formación Galáctica e Hidrógeno – Un enlace intrínseco

Rotación y materia oscura

El Hidrógeno que se mueve a diferentes velocidades dentro de una galaxia es detectado a frecuencias ligeramente distintas a las de su emisión en reposo, debido al efecto Doppler. Los astrónomos pueden inferir cuán rápido está rotando una galaxia midiendo el rango de frecuencias en el que se está emitiendo la línea de 21 cm. A partir de estas medidas es posible deducir la masa total de la galaxia, ya que ésta debe tener suficiente masa como para que el Hidrógeno no se escape. Esta cantidad de masa se puede comparar con la estimada a partir de las estrellas y el gas de las galaxias, que se observan en el visible.

A menudo el Hidrógeno está girando más rápido, algunas veces mucho más rápido, que lo que sugeriría la cantidad de masa aportada por las estrellas y el gas. Esto implica que existe otro tipo de materia dentro de las galaxias – la famosa materia oscura – que no produce luz, sino una atracción gravitacional que consiga que la galaxia no se desintegre.

Emerging-structure

La estructura emergente del Universo. Imagen: SKA Organisation / Swinburne astronomy productions.

Origen del gas y galaxias satélite

Las observaciones del Hidrógeno en galaxias espirales, como nuestra Vía Láctea, revelan pequeñas nubes de Hidrógeno a grandes distancias de la galaxia, pero ¿Cómo llegó ese gas allí? Hay, por lo menos, tres posibilidades:

  • El gas ha sido expulsado por fuertes vientos solares, creados por estrellas jóvenes y calientes. Una vez lo suficientemente lejos de la influencia de las estrellas, ha comenzado a caer de nuevo sobre la galaxia.
  • El gas representa material ‘primordial’ del Universo primigenio. Es posible que no todo el Hidrógeno del Universo fuera capturado por galaxias. Es probable que quede algo de Hidrógeno en el espacio intergaláctico. Con el tiempo este gas puede caer lentamente sobre las galaxias, probablemente bajo la forma de nubes pequeñas.
  • El gas representa galaxias satélite sin estrellas. Se han hecho simulaciones numéricas describiendo cómo se forman las galaxias que sugieren que una galaxia mayor como la Vía Láctea debería estar rodeada por varias galaxias más pequeñas. Pese a todo, los intentos de encontrar tal cantidad de pequeñas galaxias satélite han fracasado. Es posible que algunas de estas galaxias satélite no hayan formado estrellas aún, sino que estén compuestas únicamente por gas (¡o eso, o las simulaciones numéricas no están teniendo en cuenta toda la física del problema!).
t5_HI_disks

Crédito: T. Oosterloo

Observaciones en marcha

Hacen falta observaciones de muchas más galaxias para distinguir entre los tres supuestos anteriores. El SKA llevará a cabo sondeos para buscar nubes de gas y galaxias satélite sin estrellas aún no descubiertas en las cercanías de galaxias mayores.

Tanto la luz de las estrellas como el Hidrógeno de las galaxias en el Universo local se han mapeado con un detalle sin igual durante los últimos años por proyectos que están proporcionando un impacto científico clave en el SKA, como el HI Parkes All Sky Survey (HIPASS, enlace en inglés), Arecibo Legacy Fast ALFA (ALFALFA) survey (en inglés), el 2dF Galaxy Redshift Survey y el Sloan Digital Sky Survey

eso0932a

La Vía Láctea mostrando su disco, cuajado de nebulosas oscuras y de reflexión, que alojan estrellas jóvenes y brillantes, así como el núcleo central de la Galaxia y sus galaxias satélite. Crédito: ESO/S. Brunier

El reto del SKA es obtener unas medidas igual de buenas en el Universo lejano. Tales medidas permitirán a los astrónomos hacer un seguimiento de cómo las galaxias consiguieron el Hidrógeno, a partir de qué estrellas se pudieron formar, así como trazar los distintos procesos por los que las galaxias podrían ganar o incluso perder gas.

¿Qué papel juegan la sensibilidad y resolución del SKA en este trabajo?

La sensibilidad es una medida de la señal mínima que un telescopio puede distinguir entre el ruido de fondo aleatorio. Cuanto más sensible es un telescopio, más luz puede atrapar de objetos débiles y lejanos.

La sensibilidad del SKA proviene del inmenso número de receptores a baja, media y alta frecuencia, que se combinarán en cada rango de frecuencia a partir de los telescopios de África y Australia, para formar un área colectora equivalente a un único radiotelescopio de 1km de ancho.

La resolución es una medida del tamaño mínimo que un telescopio puede distinguir, consiguiendo discernir los detalles en una imagen otrora borrosa. Las grandes distancias entre los receptores del SKA permitirán distinguir más detalles. La combinación de ambos factores, sensibilidad y resolución empequeñecerán todos los telescopios existentes actualmente en funcionamiento, y darán al SKA una visión sin precedentes de las primeras etapas de la formación de nuestro Universo.

Algunos hechos interesantes

  • Una pequeña parte del silbido que se obtiene cuando se desintoniza una televisión antigua es debido a las ondas del Big Bang.
  • Cuando esté terminado, el SKA revolucionará nuestro estudio de cómo se formaron las primeras galaxias y las galaxias en general.
  • Las observaciones de los telescopios espaciales que observan la radiación de fondo de microondas (CMB, a partir de las siglas del término inglés Cosmic Microwave Background) han mostrado que el Universo tiene unos 13.800 millones de años.
  • El SKA permitirá a los astrónomos estudiar la formación galáctica a distancias mucho mayores de lo que es posible detectar hoy en día.

Also In this section