Una biblioteca de historias galácticas a partir del movimiento de sus estrellas

Del mismo modo que el Sol se mueve alrededor del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, todas las estrellas en las diferentes galaxias se mueven en órbitas: algunas muestran rotaciones muy rígidas, en tanto que otras pueden moverse más aleatoriamente sin una rotación clara. Y, comparando la fracción de estrellas con distintos tipos de órbitas, se puede conocer cómo sus galaxias nacieron y evolucionaron.

Ahora, un grupo internacional de astrónomos ha obtenido, por primera vez de forma directa, la distribución orbital de una muestra de más de trescientas galaxias del universo local, el más próximo a nosotros. Los resultados, publicados en la revista Nature Astronomy, se basan en el sondeo CALIFA, un proyecto desarrollado desde el Observatorio de Calar Alto (CAHA).

Las galaxias son las estructuras más grandes del cosmos, y su estudio permite comprender la historia del universo. La formación de galaxias implica el ensamblaje jerárquico de halos de materia oscura (un tipo de materia que no se ha observado directamente y cuya existencia y propiedades se deducen de sus efectos gravitacionales), junto con la condensación de materia normal en el centro de los halos, donde se forman las estrellas. Las estrellas que se forman a partir de un disco de gas estable y que permanecen sin sobresaltos dinámicos presentarán órbitas casi circulares, mientras que las estrellas con movimientos aleatorios son el resultado de entornos turbulentos, ya sea al nacer o después, debido a las fusiones galácticas.

Por lo tanto, el movimiento de las estrellas es como un libro de historia, que registra la información sobre el entorno en el que nacen y crecen, y puede decirnos cómo se formó la galaxia que las alberga. "Sin embargo, el movimiento de cada estrella individual no es directamente observable en otras galaxias. Las galaxias externas se proyectan en el plano de observación como una imagen y no podemos resolver las estrellas discretas en él –apunta Ling Zhu, investigadora del Instituto Max Planck de Astronomía que encabeza el estudio–. CALIFA utiliza una técnica recientemente desarrollada, la espectroscopía de campo integral, que puede observar las galaxias externas de tal manera que proporciona el movimiento total de las estrellas. Por lo tanto, podemos obtener mapas cinemáticos de cada galaxia".

Los investigadores construyeron modelos para cada galaxia superponiendo las estrellas en diferentes tipos de órbitas y, al restringir el modelo con la imagen observada y los mapas cinemáticos, pudieron determinar la cantidad de estrellas que se mueven en diferentes tipos de órbitas en cada galaxia, lo que se conoce como distribución de órbitas estelares. El equipo ha construido modelos para trescientas galaxias, representativas de las propiedades generales de las galaxias en el universo local.

Órbitas según la masa estelar

Los mapas muestran cambios en la distribución de las órbitas en función de la masa estelar total de las galaxias. Las órbitas de rotación ordenada son más abundantes en las galaxias con masas estelares totales de diez mil millones de masas solares, y menos frecuentes para las más masivas. Las órbitas de movimiento aleatorio, como era de esperar, dominan las galaxias más masivas (con más de cien mil millones de masas solares).

“Esta es la primera secuencia de masas basada en la órbita en todos los tipos morfológicos. Incluye información valiosísima sobre el pasado de cada galaxia y nos muestra si ha sido una sucesión tranquila de fusiones galácticas o si tomó forma mediante una fusión violenta mayor. Necesitamos seguir estudiando los datos para desentrañar todos los detalles", señala Glenn van de Ven (ESO).

Los investigadores han hallado un método nuevo y preciso para leer la historia de una galaxia, y su estudio con sus conjuntos de datos para trescientas galaxias constituye la mayor biblioteca de historias de galaxias.

“Este trabajo pone de relieve la importancia de la espectroscopía de campo integral y en particular de los muestreos a gran escala como los del proyecto CALIFA. La contribución significativa de lo que llamamos órbitas "calientes", una mezcla de rotación y movimientos aleatorios de la componente estelar, plantea importantes retos a los modelos cosmológicos de formación y evolución de galaxias”, apunta Rubén García Benito, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que participa en el proyecto.

Los resultados de CALIFA se prestan para una comparación directa con muestras de simulaciones de galaxias en un contexto cosmológico. En este sentido, estos resultados abren una vía nueva para comparar simulaciones de galaxias con la población de galaxias observadas en el universo actual.

El Observatorio Astronómico Hispano-Alemán de Calar Alto está situado en la Sierra de Los Filabres, norte de Almería (Andalucía, España). Es operado conjuntamente por el Instituto Max-Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania, y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC) en Granada, España. Calar Alto proporciona tres telescopios con aperturas de 1.23m, 2.2m y 3.5m. Un telescopio de 1.5m, también localizado en la montaña, es operado bajo el control del Observatorio de Madrid.