Desde Chile descubren “galaxias fantasmas”, un nuevo misterio cósmico

Mediante la combinación de datos provenientes del telescopio Gemini Sur, ubicado en Chile, y de la investigación DECam Legacy Survey (DECaLS), que contiene un enorme catálogo de imágenes tomadas desde Cerro Tololo, un equipo de astrónomos descubrió tres galaxias enanas ultra tenues que sólo contienen estrellas muy viejas, reforzando la teoría sobre eventos ocurridos en el Universo primitivo que pudieron interrumpir la formación de estrellas en las galaxias más pequeñas. Las galaxias investigadas se encuentran en una región del espacio aislada de la influencia de otros objetos mayores.

Las galaxias enanas ultra débiles corresponden al tipo de galaxias más tenues del Universo. Se trata de pequeñas estructuras débiles que suelen contener entre unos cientos hasta miles de estrellas —en comparación con los cientos de miles de millones de estrellas que componen la Vía Láctea, por ejemplo—, y que por lo general se esconden discretamente entre los innumerables objetos brillantes del cielo. Por esta razón, hasta el momento es más fácil encontrarlas cerca de nosotros, en las proximidades de la Vía Láctea.

Sin embargo, esto no permite comprenderlas muy bien, ya que las fuerzas gravitatorias y la corona galáctica de la Vía Láctea pueden eliminar el gas de las galaxias enanas e interferir en su evolución natural. Por otra parte, más allá de la Vía Láctea, las galaxias enanas ultra débiles son cada vez más débiles y difíciles de detectar para los astrónomos y los algoritmos informáticos tradicionales.

Por eso fue necesario una búsqueda manual, a ojo, por parte del astrónomo de la Universidad de Arizona, David Sand, para describir tres galaxias enanas débiles y ultra débiles situadas en dirección a la constelación del Escultor cerca de la galaxia espiral NGC 300. Sobre su descubrimiento, Sand explicó que “fue durante la pandemia. Estaba viendo televisión y desplazándome por el visor del DESI Legacy Survey, concentrándome en áreas del cielo en las que sabía que no se había buscado antes. Fueron varias horas de búsqueda casual y, de repente, ¡bum! Simplemente aparecieron”.

Las imágenes descubiertas por Sand fueron tomadas en el estudio llamado DECam Legacy Survey (también conocido por sus siglas DECaLS), el cual corresponde a uno de los tres estudios públicos que se conocen como los estudios DESI Legacy Imaging Surveys [1], que en conjunto tomaron imágenes que cubrieron un total de 14.000 grados cuadrados del cielo para proporcionar objetivos para el estudio en curso del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI). DECals se realizó utilizando la Cámara de Energía Oscura (DECam, por sus siglas en inglés) de 570 megapíxeles que construyó el Departamento de Energía de los Estados Unidos, y que se encuentra instalada en el Telescopio de 4 metros Víctor Blanco, del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (CTIO), de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF), un Programa de NOIRLab de NSF, en Chile.

Las galaxias Escultor, como se las denomina en el artículo, se encuentran entre las primeras galaxias enanas ultra débiles descubiertas en un entorno intacto y aislado libre de la influencia de la Vía Láctea o de otras grandes estructuras. Para investigarlas más en detalle, Sand y su equipo utilizaron el Telescopio de Gemini Sur, la mitad austral del Observatorio Internacional Gemini, que es financiado en parte por la NSF y operado por NOIRLab de NSF. Los resultados de esta investigación fueron presentados en un artículo científico publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters, así como también en una conferencia de prensa en la reunión número 245 de la AAS en el National Harbor, Maryland, Estados Unidos.

El equipo de astrónomos logró obtener imágenes de gran detalle gracias al Espectrógrafo Multi-Objetos de Gemini Sur (GMOS por sus siglas en inglés), un instrumento científico instalado en el telescopio. Un análisis de los datos mostró que las galaxias parecen estar sin gas y que solamente contienen estrellas muy viejas, lo que sugiere que su formación estelar acabó hace mucho tiempo. Esto refuerza las teorías existentes que plantean que las galaxias enanas ultra débiles son verdaderas “ciudades fantasmas” en las que la formación de estrellas se interrumpió hace mucho tiempo en el Universo primitivo.

Esto es exactamente lo que los astrónomos esperarían de tales objetos pequeños. El gas es la materia prima que se necesita para encender la fusión de una nueva estrella. Pero las galaxias enanas ultra débiles tienen muy poca gravedad para retener este ingrediente crucial en la formación de estrellas, y se pierde fácilmente cuando son sacudidas por el Universo dinámico del que forman parte.

Sin embargo, las galaxias Escultor están lejos de otras galaxias más grandes, lo que significa que su gas no ha sido eliminado o removido por otras galaxias gigantes vecinas. Una explicación alternativa para esto es un evento llamado Época de Reionización —un período de tiempo no muy lejos del Big Bang en el que fotones ultravioletas de alta energía llenaron el cosmos, pudiendo hacer hervir el gas de las galaxias más pequeñas. Otra posibilidad es que algunas de las primeras estrellas de las galaxias enanas sufrieran explosiones de supernova muy energéticas, emitiendo jets hasta de 35 millones de kilómetros por hora (unos 20 millones de millas por hora) y expulsando el gas de sus propias huéspedes desde el interior.

Si la reionización es la responsable, estas galaxias abrirían una ventana al estudio del Universo primitivo: “No sabemos lo potente o uniforme de este efecto de reionización, pero puede ser que la reionización fuera irregular y que no se produjera en todas partes al mismo tiempo. Hemos encontrado tres galaxias de este tipo, pero no es suficiente. Sería genial tener cientos de ellas. Si supieramos qué fracción fue afectada por la reionización, eso nos diría algo sobre el Universo primitivo que es muy difícil de sondear de otro modo”, explicó Sand.

Para acelerar la búsqueda de más galaxias enanas ultra débiles, Sand y su equipo están utilizando a las galaxias Escultor para entrenar a un sistema de inteligencia artificial llamado neural network para identificar más galaxias de este tipo. Con esto se espera que esta herramienta pueda automatizar y acelerar los descubrimientos, ofreciendo un conjunto de datos del que los astrónomos puedan extraer conclusiones más sólidas.