Explican astrónomos porqué se detiene la creación de estrellas

Aldo Rodríguez Puebla, investigador del Instituto de Astronomía, y otros expertos en esa ciencia de más de 30 universidades del mundo publicaron recientemente en la revista Astrophysical Journal, el artículo “Quenching as a Contest between Galaxy Halos and Their Central Black Holes”, en el cual tratan de entender cómo y por qué se detiene la formación estelar en galaxias masivas. Una de las autoras principales es Sandra Faber, investigadora emérita de la Universidad de California en Santa Cruz, y doctora Honoris Causa por la UNAM.

La idea central del trabajo consistió en desarrollar un modelo simple que explica una amplia gama de observaciones al describir la competencia entre los halos de materia oscura de las galaxias y sus agujeros negros centrales. “Esa competencia establecerá cómo y cuándo será el eventual apagado de la formación estelar en las galaxias masivas”, señaló.

En el universo hay, grosso modo, dos tipos de galaxias. Primero están las formadoras de estrellas, las cuales tienden a ser espirales con poblaciones estelares jóvenes y grandes cantidades de gas y polvo. Y, por otro lado, las que ya no forman estrellas y sólo tienen poblaciones estelares viejas. Son esferoides, contienen poco gas y polvo.

“Entender el origen de esas dos familias y qué causa el apagado de la formación estelar en las galaxias masivas han sido cuestiones que los astrónomos hemos tratado de responder desde hace mucho tiempo”, apuntó.

“En nuestro artículo construimos un modelo a partir del hecho de que la densidad central de galaxias con misma masa en estrellas se correlaciona con el radio de las mismas, de modo que las más extendidas o con radios grandes tienen densidades estelares centrales más bajas. El planteamiento básico consistió en suponer que la densidad central estelar correlaciona con la masa del hoyo negro central de la galaxia, de tal forma que las que son más extendidas albergan hoyos negros de baja masa”, expuso.

Conclusión

Al usar ese esquema, se concluyó que el cese de la formación estelar en galaxias masivas comienza cuando la energía total liberada por el hoyo negro es aproximadamente cuatro veces la energía gravitacional que mantiene al gas dentro del halo de materia oscura que rodea a la galaxia. “El gas es el combustible para la formación estelar, por lo que al arrancarlo, calentarlo o impedir su caída del halo hacia las galaxias, la formación estelar cesará eventualmente en éstas”, puntualizó.

Ese modelo respalda sospechas previas de que la energía liberada por el hoyo negro es la responsable del apagado de las galaxias. Sin embargo, “anteriormente no se tenía una idea clara de las condiciones necesarias y cómo sucedían. Nosotros cuantificamos esas condiciones y establecimos en qué momento sucede. Además, el nuestro explica por qué galaxias masivas sin formación estelar presentan altas densidades estelares centrales, radios grandes y hoyos negros muy masivos”, abundó el académico.

“Este artículo es el resultado de una colaboración internacional en el cual me vi involucrado a raíz de una estancia posdoctoral que hice en la Universidad de California en Santa Cruz. Ahí, me integré al grupo de astrónomos DEEP, el cual es liderado por Sandra Faber, Joel Primack y David Koo, de gran renombre. Nos reuníamos cada semana para realizar discusiones y presentar resultados sobre los mecanismos de formación y evolución de las galaxias, sus hoyos negros centrales y el rol de los halos de materia oscura”, contó.

“En Astronomía tenemos una teoría muy bien fundada sobre cómo se forman las estructuras en el universo. Ésta establece que 70 por ciento de su contenido es energía oscura y 30 por ciento es materia oscura. Hasta el momento, no sabemos qué es la energía oscura, pero podemos medir sus efectos y uno de los más conocidos es la expansión acelerada del cosmos. Por otro lado, hay bastante evidencia indirecta que respalda la existencia de la materia oscura, la cual pensamos se encuentra constituida de partículas que interactúan entre ellas solamente por gravedad”, indicó Rodríguez Puebla.

“Durante mi investigación, me he dedicado a utilizar simulaciones de materia oscura y las propiedades observadas de las galaxias para comprender de manera empírica cómo evolucionan. Esta es una herramienta muy poderosa porque sin saber la física subyacente de la formación y la evolución de las galaxias, se puede determinar cómo éstas forman estrellas dentro de los halos de materia oscura. Esta fue mi aportación al artículo, determinar las reglas de crecimiento de las galaxias”, resaltó.

Preguntas abiertas

La colaboración internacional continúa porque hay preguntas que han quedado abiertas sobre cómo es esta correlación entre los halos de materia oscura y las galaxias, y la manera en que crecen los hoyos negros dentro de éstas, informó.

“Con este trabajo queremos llamar la atención de la comunidad, que se piense que las galaxias formadoras de estrellas integran una familia etiquetada por dos parámetros: masa y tamaño. Creemos que estas dos propiedades nos indican, de manera indirecta, cómo crecen los hoyos negros”, concluyó.

Planteamiento

La figura muestra cómo las galaxias pequeñas y densas albergan hoyos negros más grandes que aquellas que son más extendidas y menos densas. Las flechas señalan cómo estos dos tipos de galaxias evolucionarán en el tiempo de acuerdo con el modelo. Las galaxias más pequeñas cesarán su formación estelar mucho antes que las más extendidas. El cambio de pendiente en las flechas indica cuándo comenzará el proceso de apagado. En este momento, la Vía Láctea, nuestra galaxia, se encuentra en este punto crítico.