Un equipo de astrónomos, entre los que se encuentran Jeff Rich, de Carnegie Science, y otros antiguos astrónomos de los Observatorios Carnegie, ha logrado por primera vez rastrear la historia de una galaxia fuera de nuestra Vía Láctea mediante el estudio de huellas químicas en el espacio profundo, un nuevo enfoque al que denominan “arqueología extragaláctica”. Sus hallazgos se han publicado en Nature Astronomy.
“Esta es la primera vez que se utiliza un método de arqueología química con tal nivel de detalle fuera de nuestra propia galaxia”, afirmó la autora principal, Lisa Kewley, del Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian.
Este avance fue posible gracias a los datos del estudio TYPHOON, dirigido por Carnegie, de 44 galaxias cercanas, tomados por el telescopio du Pont en nuestro Observatorio de Las Campanas, en Chile.
Denominadas “cubos de datos”, las observaciones de TYPHOON incluyen un increíble nivel de detalle, que abarca tanto información espacial bidimensional como información espectral. La resolución extraordinariamente nítida de estas observaciones permitió a los investigadores separar y estudiar nubes de formación estelar individuales en la galaxia espiral NGC 1365, también conocida como la «Gran Galaxia Espiral Barrada».
“Básicamente, hicimos una fotocopia tridimensional a gran escala de la galaxia en la que cada píxel es rico tanto en información espacial como en composición química”, explicó Rich. “Este conjunto único de datos fue recopilado por astrónomos de Carnegie a lo largo de varios años y permite a científicos de todo el mundo que acceden a nuestros cubos de datos estudiar la composición de las galaxias con gran detalle”.
Entre los demás coautores del artículo se encuentran el astrónomo jubilado de Carnegie Barry Madore, investigador principal de TYPHOON y creador del método «step-and-stare» utilizado en la construcción de estos cubos de datos, y Mark Seibert, antiguo investigador asociado sénior de los Observatorios y miembro del equipo TYPHOON.
Rastreando el oxígeno
Las estrellas jóvenes y calientes brillan intensamente en las longitudes de onda ultravioletas, y su intensidad puede excitar los gases cercanos, cada uno de cuyos elementos puede ser detectado por los telescopios como patrones de luz distintos. Al centrarse en las señales del oxígeno en particular, el equipo de investigación pudo desentrañar el pasado de NGC 1365.
Los centros galácticos contienen más elementos pesados, incluido el oxígeno, mientras que las zonas más externas de las galaxias presentan concentraciones más bajas de estos materiales. La distribución del oxígeno dentro de una galaxia como NGC 1365 viene determinada por varios factores, entre ellos dónde y cuándo se formaron las estrellas y explotaron como supernovas, cómo ha fluido el gas hacia dentro o hacia fuera de la galaxia, y las fusiones pasadas con otras galaxias.
El equipo de investigación utilizó datos de TYPHOON para revelar los patrones de distribución del oxígeno en NGC 1365 y luego comparó estos datos con simulaciones galácticas de vanguardia del Proyecto Illustris, que modela el movimiento del gas, la formación estelar, los agujeros negros y la evolución química en las galaxias desde poco después del Big Bang hasta la actualidad.
En conjunto, el equipo pudo observar cómo creció la galaxia y se fusionó con otras estructuras a lo largo de 12 000 millones de años de tiempo cósmico.
“Lisa y sus colegas revisaron minuciosamente simulaciones de unas 20 000 galaxias para encontrar una que se ajustara estrechamente a las propiedades de NGC 1365 según nuestros datos de TYPHOON, lo que nos permitió inferir los periodos de crecimiento y fusiones que probablemente conformaron su pasado”, explicó Rich. “Es increíble ver el tipo de ciencia que se puede lograr con nuestro conjunto de datos, que hemos construido meticulosamente a lo largo de muchos años y que ahora está dando todo tipo de frutos emocionantes, como este estudio”.
Seibert añadió: “Esperamos que esta técnica se adopte como modelo para los estudios de evolución galáctica a medida que este tipo de método de observación se vaya generalizando entre la comunidad astronómica”.
Historia revelada
En general, el estudio muestra que NGC 1365 comenzó como una pequeña galaxia y creció lentamente hasta convertirse en una espiral gigante a través de múltiples fusiones con galaxias enanas más pequeñas.
Los astrónomos descubrieron que la región central de NGC 1365 se formó en una etapa temprana de la historia de la galaxia y desarrolló una gran cantidad de oxígeno. El gas de las zonas más externas se acumuló a lo largo de 12 000 millones de años mediante colisiones con galaxias enanas más pequeñas. El gas de los brazos espirales exteriores de la galaxia probablemente se formó relativamente tarde, a lo largo de los últimos miles de millones de años, y también se alimentó del gas y las estrellas procedentes de las galaxias enanas con las que se fusionó.
Al estudiar galaxias como NGC 1365, que presenta similitudes con la Vía Láctea, los expertos pueden obtener información sobre las diversas vías evolutivas que dan forma a la historia de la vida de una galaxia.