Determinan cómo las galaxias de disco evolucionan

Unas simulaciones por ordenador están mostrando a los astrofísicos cómo masivas acumulaciones de gas dentro de las galaxias dispersan algunas estrellas desde sus órbitas, creando finalmente un suave y exponencial desvanecimiento de brillo en muchos discos galácticos.

Investigadores de la Universidad Estatal de Iowa, la Universidad de Wisconsin-Madison y la IBM Research comenzaron con este estudio hace casi 10 años. Originalmente se centraron en cómo las acumulaciones masivas en las galaxias jóvenes afectan a las órbitas de las estrellas y crean discos galácticos con centros brillantes y bordes oscuros.

Como Curtis Struck, un profesor de física y astronomía del estado de Iowa, escribió en un resumen de investigación de 2013: "En los discos de las galaxias, las cicatrices de una infancia difícil y las manchas de la adolescencia se suavizan con el tiempo".

Ahora, el grupo ha sido coautor de un nuevo documento que dice que sus ideas sobre la formación de discos exponenciales se aplican a algo más que a las galaxias jóvenes. También es un proceso robusto y universal en todo tipo de galaxias. Los discos exponenciales, después de todo, son comunes en las galaxias espirales, galaxias elípticas enanas y algunas galaxias irregulares.

¿Cómo pueden los astrofísicos explicar eso? Utilizando modelos realistas para rastrear la dispersión de estrellas dentro de las galaxias, "creemos que hemos obtenido una comprensión mucho más profunda de los procesos físicos que resuelven este problema clave de casi 50 años de antigüedad", dijo Struck.

Esta ilustración muestra cómo dos órbitas estelares de muestra son dispersas desde órbitas casi circulares por la gravedad de acumulaciones masivas dentro de las galaxias. Los investigadores han encontrado que millones de cambios orbitales, como los que se muestran aquí, suavizan el perfil general de luz de los discos de las galaxias. La estrella azul es dispersada varias veces. La estrella naranja es capturada por la gravedad de una acumulación y se mueve a su alrededor. En el fondo se muestra una típica galaxia espiral relativamente lisa (UGC 12224). (Foto: Jian Wu/Iowa State University/Sloan Digital Sky Survey)

Los impulsos gravitacionales de las acumulaciones masivas alteran las órbitas de las estrellas, encontraron los investigadores. Como resultado, la distribución estelar general del disco cambia, y el perfil de brillo exponencial es un reflejo de esa nueva distribución estelar.

Los resultados de los astrofísicos han sido presentados en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Los coautores son Struck; Jian Wu, un estudiante de doctorado en física y astronomía del estado de Iowa; Elena D'Onghia, una profesora asociada de astronomía en Wisconsin; y Bruce Elmegreen, un científico investigador del Centro de Investigación Thomas J. Watson de IBM en Yorktown Heights, Nueva York.

El último modelo por computadora, dirigido por Wu, es la culminación de años de mejoras en el propio modelo, dijo Struck. Los anteriores trataban las fuerzas gravitatorias de los componentes de las galaxias de forma más aproximada, y los investigadores estudiaron menos casos.

Los últimos modelos muestran cómo los cúmulos de estrellas y las acumulaciones de gases interestelares dentro de las galaxias pueden cambiar las órbitas de las estrellas cercanas. Algunos eventos de dispersión estelar cambian significativamente las órbitas de las estrellas, incluso atrapando algunas de ellas en bucles alrededor de acumulaciones masivas antes de que puedan escapar al flujo general de un disco galáctico. Muchos otros eventos de dispersión son menos poderosos, con menos estrellas dispersas y las órbitas permanecen más circulares.

Los modelos también dicen algo sobre el tiempo que le toma a estos discos galácticos exponenciales formarse, de acuerdo con el trabajo de los investigadores. Los tipos de acumulaciones y las densidades iniciales de los discos afectan a la velocidad de la evolución, pero no a la suavidad final del brillo.

La velocidad en este caso es un término relativo porque las escalas de tiempo para estos procesos son miles de millones de años. (Fuente: NCYT Amazings)