El Astrofísico de Canarias detecta estrellas jóvenes en las galaxias más viejas del universo

Las galaxias de tipo temprano, las más viejas y masivas del universo, se consideran el producto final de las galaxias masivas. Sin embargo, en estas constelaciones, aunque a un ritmo muy lento, se siguen formando estrellas. Entender la formación de astros en las galaxias viejas permite entender mejor la evolución del universo y el futuro que le espera a galaxias como nuestra Vía Láctea.

Ahora, en un estudio publicado en la revista Nature Astronomy, un equipo de investigadores del Instituto Astrofísico de Canarias (IAC), en colaboración con el Istituto Nazionale di Astrofisica, en Italia, ha logrado medir con excepcional precisión el porcentaje de estrellas jóvenes que existen en las galaxias de tipo temprano, utilizando una curiosa estrategia para estudiar el tipo de astros que habitan en estas nebulosas y abriendo las oportunidades de conocer mejor la historia del universo.

Analizar la creación de estrellas en galaxias tan viejas es particularmente difícil porque las técnicas utilizadas para observar las estrellas jóvenes y las antiguas son diferentes. Las galaxias viejas, se estudian normalmente con instrumentos ópticos, que captan también la luz visible al ojo humano, porque el rango espectral óptico es donde emiten principalmente las estrellas viejas que las forman. Sin embargo, las estrellas jóvenes emiten principalmente radiación ultravioleta que pasa desapercibida por en el óptico.

El equipo liderado por Núria Salvador Rusiñol, estudiante de doctorado del IAC, decidió aprovechar los datos existentes de observaciones ópticas del cartografiado BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) del SDSS (Sloan Digital Sky Survey). Seleccionando unas 30.000 galaxias muy lejanas y muy masivas – a una media de cuatro mil millones de años luz – los investigadores consiguieron estudiar su radiación ultravioleta a través de los datos recopilados por telescopios ópticos.

“No es lo mismo lo que emite la estrella que lo que nosotros observamos en el telescopio”, explica Núria.

Esto se debe a un efecto de determinado desplazamiento al rojo. En distancias muy largas, debido a la expansión métrica del universo, se alarga la longitud de onda de la luz emitida por las estrellas, convirtiéndose en luz más roja. El mismo efecto que da lugar a que el ruido de una motocicleta es diferente cuando se acerca que cuando se aleja. Tras corregir dicho desplazamiento en los datos, Núria y su equipo obtuvieron las medidas que estaban buscando en el rango ultravioleta.

Los datos con los que trabajan los investigadores son espectros electromagnéticos. Esto es la luz emitida de las galaxias en función de la longitud de onda. Al igual que un prisma divide la luz en colores, permitiéndonos ver las diferentes longitudes de onda de la luz visible, un espectrógrafo divide la luz recibida por el telescopio y mide el brillo en cada longitud de onda.

Una vez tenían los espectros, los investigadores agruparon los datos de las galaxias en siete grupos dependiendo de su masa porque, por sí solas, las señales registradas en el ultravioleta de los espectros de cada una de ellas eran demasiado débiles. Esta debilidad se debe, por un lado, al pequeño porcentaje de estrellas jóvenes en estas galaxias y, por otro, a la enorme distancia que ha viajado la luz.

El equipo de investigadores sumó los espectros de las galaxias individuales dentro de cada subgrupo, obteniendo siete espectros representativos con señal suficientemente alta, en función de la masa de las galaxias. En la gráfica resultante, observando los picos y los valles en ciertas amplitudes de onda previamente identificadas, estos investigadores pudieron observar la presencia de distintos elementos químicos en las galaxias que dependen de las estrellas que habitan en las mismas.

“Los elementos químicos presentes en las estrellas dejan una huella en la luz que emiten y, al pasar la luz por la rendija del espectro, podemos verlos en las denominadas líneas de absorción”, explica Núria.

Comparando sus datos con modelos de galaxias que combinan estrellas jóvenes y estrellas viejas, los investigadores concluyeron que las galaxias estudiadas contienen un 0,5% de estrellas creadas en los últimos dos mil millones de años. 

Los investigadores también observaron que la fracción de estrellas jóvenes disminuye con la masa de la constelación. Es decir, que las más masivas tienen fracciones menores que las de menor masa. Esta relación con la masa es consistente con lo que se conoce hoy en día de la relación entre la masa de las galaxias y las historias de formación de sus estrellas. Cuanto más masiva es la galaxia, sus estrellas se formaron antes en el tiempo y más rápidamente que las estrellas de las galaxias menos masivas, que se formaron más lentamente. Así, cabe esperar que las galaxias de menor masa tengan una fracción mayor de estrellas jóvenes.

Queda aún por determinar cómo se siguen produciendo nuevas estrellas en las galaxias más viejas del universo. Según la investigadora, el gas y el polvo para crearlas podría venir de la muerte de otras estrellas de la misma galaxia o de otras galaxias que hayan sido fusionadas debido a las fuerzas de gravedad. 

“El siguiente paso, y en lo que ya estamos trabajando, es analizar los espectros de galaxias individuales con diferentes niveles de desplazamiento al rojo para poder estudiar el componente joven de las galaxias a medida que el universo va evolucionando”, dice.

Estudiar galaxias con diferentes niveles de desplazamiento al rojo, es decir, a diferentes distancias de la Tierra, permite a los astrofísicos, de cierta manera, viajar en el tiempo para estudiar la historia del universo. Esto se debe a que, si una galaxia se encuentra a la distancia equivalente a cuatro mil millones años luz, su luz tarda ese mismo tiempo en llegar a la Tierra, dando pruebas muy valiosas a los investigadores sobre el momento en el que fue emitida.

Si el componente joven de las galaxias evoluciona linealmente a medida que pasa el tiempo, se podría inducir que la formación de estrellas se debe al material residual y de los procesos intrínsecos de las galaxias. Si, de lo contrario, evoluciona de manera irregular, fortalecería la idea de que la generación de estrellas en galaxias antiguas depende de factores externos. 

Si la fracción relativa de esta componente joven evoluciona suavemente a medida que pasa el tiempo, se podría inferir que la formación de estrellas se debe al material residual y de los procesos intrínsecos de las galaxias. Si, de lo contrario, evoluciona de manera irregular, fortalecería la idea de que la generación de estrellas en galaxias antiguas depende de factores externos. 

Los resultados presentados por este equipo de astrofísicos son fundamentales para guiar a las simulaciones digitales de galaxias que, cuanto más se parezcan a las galaxias reales, más ayudarán a conocer los procesos físicos que dominan su evolución.