Nuevas corrientes de marea, halladas en Andrómeda, revelan la historia de las fusiones galácticas

La visión tradicional de nuestra vecina galaxia de Andrómeda muestra sólo su protuberancia brillante y el disco interno, extendiéndose a unos 65.000 años luz del centro de la galaxia. El halo estelar en el cual se encontraron nuevas corrientes de marea se extiende a más de 500.000 años luz del centro. Imagen: P. Guhathakurta.

Un equipo internacional de astrónomos ha identificado dos nuevas corrientes de marea en la galaxia de Andrómeda, son los restos de galaxias enanas consumidos por nuestra gran vecina galáctica. Análisis de las estrellas en las corrientes de marea de Andrómeda y otros componentes de su extenso halo ayudan a obtener nuevos conocimientos sobre los procesos implicados en la formación y evolución de las galaxias masivas, dijo Puragra Guhathakurta, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad de California, Santa Cruz.

El equipo de Guhathakurta presentó los últimos resultados de los estudios de las corrientes de marea recién descubiertos el jueves 7 de enero en la 215ª sesión de la Sociedad Astronómica Americana en Washington, DC.

En el actualmente favorito paradigma Lambda-Cold Dark Matter (L-CDM) -citado como el modelo standard de la cosmología del big bang-, la formación de estructuras en el universo, el halo exterior de grandes galaxias como la Vía Láctea y la vecina galaxia de Andrómeda (también conocida como M31) se construyen a través de la fusión y la disolución de las pequeñas galaxias "enanas" satélite. "Este proceso de canibalismo galáctico es una parte integral del crecimiento de las galaxias", dice Guhathakurta.

La suave y bien mezclada población de estrellas del halo en estas grandes galaxias representa el agregado de las galaxias enanas víctimas de este proceso de canibalismo, mientras que las galaxias enanas que todavía están intactas, orbitando alrededor de la gran galaxia "padre" son las sobrevivientes de este proceso.

"La fusión y disolución de una galaxia enana suele durar un par de millones de años, por lo que en ocasiones se captura una gran galaxia en el acto de canibalizar una de sus galaxias enana satélites", dice Guhathakurta. "La firma característica de tal evento es una corriente de marea: una mejora en la densidad de estrellas, localizada en el espacio y moviéndose como un grupo coherente a través de la galaxia padre".

Las corrientes de marea son importantes porque representan un vínculo entre las víctimas y las sobrevivientes del canibalismo galáctico; una etapa intermedia entre la población de galaxias enanas intacta, y las bien mezclados estrellas disueltas en el halo.

La galaxia de Andrómeda es un banco de pruebas único para estudiar la formación y evolución de una gran galaxia, dice Guhathakurta, quien dirige la colaboración Spectroscopic and Photometric Landscape of Andromeda's Stellar Halo (SPLASH), un amplio estudio de estrellas gigantes rojas en Andrómeda. "Nuestro punto de vista externo nos da una perspectiva global de la galaxia, y sin embargo, la galaxia está lo suficientemente cerca de nosotros para obtener mediciones detalladas de cada uno de las estrellas gigantes rojas en su interior", dijo.

Un falso mapa de colores de la densidad de estrellas gigantes rojas en Andrómeda, mostrando las corrientes de marea recién descubiertas en el halo estelar, con la visión tradicional de la galaxia en el recuadro central. Imagen: P. Guhathakurta.

En un proyecto liderado por los colaboradores de Mikito Tanaka y Masashi Chiba de la Universidad de Tohoku, Japón, los investigadores utilizaron el telescopio Subaru de 8 metros y la cámara Suprime Cam para mapear la densidad de estrellas gigantes rojas en grandes porciones de la galaxia de Andrómeda, incluido el hasta ahora lado norte desconocido. Esto llevó al descubrimiento de dos corrientes de marea en el noroeste (corrientes E y F) a una distancia proyectada de 60 y 100 kiloparsecs (200.000 y 300.000 años luz) del centro de Andrómeda. El estudio también confirmó algunas anteriormente conocidas, incluidas las poco estudiadas corrientes difusas hacia el suroeste (corriente SW), que se encuentra a una distancia proyectada de 60 a 100 kiloparsecs (200.000 a 300.000 años luz) del centro de Andrómeda.

El equipo de Splash ha seguido con un estudio espectroscópico de varios cientos de estrellas gigantes rojas en los flujos de E, F, y SW, con el Keck II telescopio de 10 metros y espectrógrafo DEIMOS en el Observatorio WM Keck en Hawai. El espectrógrafo extiende la luz de cada estrella en un espectro, que permite a los astrónomos medir la velocidad de la estrella y distinguir las estrellas gigantes rojas de Andrómeda estrellas de primer plano en la Vía Láctea. Los datos espectrales confirmó la presencia de grupos coherentes de Andrómeda gigante roja estrellas que se mueven con una velocidad común.

Uno de los pasos a seguir será medir las propiedades químicas detalladas de estrellas gigantes rojas en estas recién descubiertas corrientes de marea en Andrómeda. La comparación de las propiedades químicas de las corrientes de marea, las satélites enanas intactas, y el suave halo será de particular importancia, dijo Guhathakurta.

Los elementos complejos tales como hierro, magnesio y calcio en las capas exteriores de una estrella gigante roja fueron producidos dentro de estrellas masivas de generaciones anteriores que terminaron sus vidas como explosiones de supernovas, lanzando los nuevos elementos forjados. Por lo tanto, la fracción de elementos complejos que se encuentran en las estrellas indica el grado en que el gas de la galaxia anfitriona (la materia prima en el medio interestelar la que se forman nuevas estrellas) se enriqueció con las explosiones de supernovas de generaciones sucesivas de estrellas masivas.

"Las galaxias masivas como la Vía Láctea y Andrómeda son muy eficaces en el reciclaje de los productos químicos y por lo tanto contienen estrellas como nuestro Sol, que son relativamente ricas en elementos complejos; lo suficientemente ricas como para que se formaran planetas rocosos, y para que estos planetas contengan moléculas complejas como las proteínas", dice Guhathakurta.

Las galaxias enanas son menos eficaces en el reciclaje de los productos químicos que las galaxias masivas. Esto es en parte debido a que la más débil gravedad de una galaxia enana hace más difícil mantener el gas químicamente enriquecido que es expulsado de estrellas masivas en explosiones de supernovas. Como resultado, las estrellas en las galaxias enanas son más anémicas (poseen una fracción más pequeña de elementos complejos) que esas en el interior de las galaxias masivas. Por otra parte, la acción de la fusión con una galaxia mayor hace que una galaxia enana pierda su gas, rompiendo el ciclo químico completo.

"Las galaxias enanas víctimas del canibalismo han tenido menos tiempo para reciclar sus productos químicos que las galaxias enanas sobrevivientes, y esto debe reflejarse en una diferencia entre sus propiedades químicas," dice Guhathakurta. "Las orrientes de marea deben estar en algún lugar entre las víctimas y las sobrevivientes en términos de sus propiedades químicas."

En la actualidad, los estudios detallados de las propiedades químicas de las corrientes de marea, las satélites enanas intactas y el suave halo estelar sólo son posibles en la Vía Láctea y en la galaxia de Andrómeda y su entorno inmediato. Los telescopios e instrumentos existentes simplemente no son lo suficientemente poderosos como para que los astrónomos puedan llevar a cabo dichos estudios en las galaxias más distantes. Esta situación mejorará en gran medida con la llegada del planeado Telescopio de Treinta Metros para finales de esta década, dijo Guhathakurta.

Además de la UCSC y de investigadores de la Universidad de Tohoku, en este estudio participaron los miembros del equipo SPLASH colaboración de la Universidad de Virginia, UC Irvine, Universidad de Massachusetts, la Universidad de Yale, Universidad de Washington, Observatorio Astronómico Nacional del Japón, Universidad de Columbia, la NASA Space Telescope Science Institute (STScI), y California Institute of Technology. Esta investigación fue apoyada por la National Science Foundation y la NASA / STScI.

Fuente:
New tidal streams found in Andromeda reveal history of galactic mergers. Por Tim Stephens, Universidad de California, Santa Cruz.