La Galaxia del Sombrero, implicada en una colisión galáctica

Nuevos y sorprendentes datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA sugieren que la suave y asentada "ala" del disco de la Galaxia del Sombrero podría estar ocultando un pasado turbulento. La agudeza y sensibilidad del Hubble ha resuelto decenas de miles de estrellas individuales en el vasto y extendido halo del Sombrero, la región más allá de la porción central de la galaxia, típicamente hecha de estrellas más antiguas. Estas últimas observaciones del Sombrero están dando un giro a la teoría convencional, mostrando solo una pequeña fracción de las estrellas más antiguas y pobres en metales en el halo, además de una inesperada abundancia de estrellas ricas en metales que normalmente solo se encuentran en el disco de una galaxia, y la protuberancia central. Una posible explicación sería una o varias fusiones de galaxias en el pasado, aunque el majestuoso Sombrero no muestra ninguna de las desordenadas evidencias de una reciente fusión de galaxias masivas a través de colisiones galácticas.

"El Sombrero siempre ha sido una galaxia un poco extraña, lo que la hace muy interesante", dijo Paul Goudfrooij del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI), en Baltimore, Maryland. "Las mediciones de metalicidad del Hubble (es decir, la abundancia de elementos pesados en las estrellas) son otra indicación de que el Sombrero tiene mucho que enseñarnos sobre el ensamblaje y la evolución de las galaxias".

"Las observaciones del Hubble del halo del Sombrero están alterando nuestra comprensión generalmente aceptada sobre la composición de las galaxias y su metalicidad", añadió el co-investigador Roger Cohen del STScI.

Durante mucho tiempo favorita de los astrónomos y observadores aficionados del cielo por su brillante belleza y curiosa estructura, la galaxia del Sombrero (M104) tiene ahora un nuevo capítulo en su extraña historia: un extenso halo de estrellas ricas en metales con apenas una leve señal de las esperadas estrellas pobres en metales que se han observado en los halos de otras galaxias. Los investigadores, desconcertados por los datos del Hubble, recurrieron a sofisticados modelos informáticos para sugerir explicaciones ante tan extraña inversión de la teoría galáctica convencional. Esos resultados sugieren la posibilidad igualmente sorprendente de grandes fusiones en el pasado de la galaxia, aunque la majestuosa estructura del Sombrero no muestra pruebas de una reciente colisión galáctica. Los inusuales hallazgos y las posibles explicaciones se publican en la revista Astrophysical Journal.

A la izquierda, una imagen de la galaxia del Sombrero (M104) que incluye una porción del mucho más débil halo muy lejos de su brillante disco y bulto. El Hubble fotografió dos regiones en el halo (una de las cuales se muestra en el cuadro blanco). Las imágenes de la derecha se amplían para mostrar el nivel de detalle que el Hubble capturó. El cuadro naranja, un pequeño subconjunto de la vista del Hubble, contiene una miríada de estrellas del halo. La población estelar aumenta en densidad más cerca del disco de la galaxia (cuadro azul inferior). Cada cuadro contiene un brillante cúmulo globular de estrellas, de las cuales hay muchas en el halo de la galaxia. (Foto: NASA/Digitized Sky Survey/P. Goudfrooij (STScI)/The Hubble Heritage Team (STScI/AURA))

"La ausencia de estrellas pobres en metales fue una gran sorpresa", dijo Goudfrooij, "y la abundancia de estrellas ricas en metales no hizo más que aumentar el misterio".

En el halo de una galaxia, los astrónomos esperan encontrar generaciones anteriores de estrellas con elementos menos pesados, llamados metales, en comparación con las atestadas ciudades estelares en el disco principal de una galaxia. Los elementos se crean a través del proceso de "ciclo de vida" estelar, y cuanto más tiempo una galaxia ha tenido estrellas pasando por este ciclo, más rico en elementos es el gas y más alta es la metalicidad de las estrellas que se forman a partir de ese gas. Estas estrellas más jóvenes y de alta metalicidad se encuentran típicamente en el disco principal de la galaxia donde la población estelar es más densa, o así se creía.

Complica los hechos la presencia de muchos cúmulos globulares de estrellas antiguas y pobres en metales. Se espera que estas viejas estrellas pobres en metales acaben moviéndose fuera de sus cúmulos y se conviertan en parte del halo estelar general, pero ese proceso parece haber sido ineficiente en la galaxia del Sombrero. El equipo comparó sus resultados con recientes simulaciones por computadora para ver cuál podría ser el origen de tales mediciones inesperadas de metalicidad en el halo de la galaxia.

Los resultados también desafiaron las expectativas, indicando que el imperturbable Sombrero habría sufrido importantes acontecimientos de acreción, o fusión, hace miles de millones de años. A diferencia lo sucedido en nuestra galaxia, la Vía Láctea, que se cree que se ha tragado muchas pequeñas galaxias satélite durante las llamadas acumulaciones "menores" durante miles de millones de años, una acumulación importante es la fusión de dos o más galaxias de masa similar que son ricas en estrellas de mayor metalicidad y de generación posterior.

Las galaxias satélite solo contenían estrellas de baja metalicidad que eran en gran parte hidrógeno y helio del Big Bang. Los elementos más pesados tuvieron que ser cocinados en los interiores estelares a través de la nucleosíntesis e incorporados a las estrellas de la generación posterior. Este proceso era bastante ineficaz en las galaxias enanas como las que rodean nuestra Vía Láctea, y más eficaz en las galaxias más grandes y más evolucionadas.

Los resultados del Sombrero son sorprendentes porque su disco liso no muestra signos de alteración. En comparación, numerosas galaxias que interactúan, como las icónicas galaxias Antennae, obtienen su nombre de la apariencia distorsionada de sus brazos espirales debido a las fuerzas de marea de su interacción. Las fusiones de galaxias de masa similar típicamente se unen en grandes y suaves galaxias elípticas con halos extendidos, un proceso que lleva miles de millones de años. Pero el Sombrero nunca ha encajado del todo en la definición tradicional de una galaxia espiral o elíptica. Está en algún punto intermedio... un híbrido.

Para este proyecto en particular, el equipo eligió el Sombrero principalmente por su morfología única. Querían averiguar cómo tales galaxias "híbridas" podrían haberse formado y ensamblado con el tiempo. Los estudios de seguimiento de las distribuciones de metalicidad del halo se harán con varias galaxias a distancias similares a la del Sombrero.

El equipo de investigación espera que los futuros observatorios continúen la investigación de las inesperadas propiedades del Sombrero. El observatorio espacial Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), con un campo de visión 100 veces mayor que el del Hubble, será capaz de capturar una imagen continua del halo de la galaxia mientras captura más estrellas en luz infrarroja. El Telescopio Espacial James Webb también será valioso por su resolución similar a la del Hubble y su mayor sensibilidad en el infrarrojo. (Fuente: NCYT Amazings)