Hay estrellas jóvenes en las galaxias más viejas del universo

Las llamadas galaxias de tipo temprano, que incluyen a las elípticas y las lenticulares, son las más viejas del universo. Se trata también de las más masivas, pudiendo alcanzar hasta 100 veces la masa de la Vía Láctea. Se formaron muy rápidamente (en menos de mil millones de años) durante las primeras etapas cósmicas, presentando un alto desplazamiento al rojo (una forma de conocer su distancia y edad).

Por lo tanto, las estrellas que habitan en ellas son casi tan viejas como el propio universo y brillan fundamentalmente en los rangos espectrales óptico e infrarrojo. Por el contrario, las estrellas más jóvenes que pudieran estar presentes, son difíciles de detectar en esos rangos espectrales en esas galaxias. Afortunadamente, el ultravioleta (UV) es extremadamente sensible a las estrellas recién formadas, permitiendo incluso detectar cantidades muy pequeñas por debajo del 1%.

Investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y el Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF, Italia) han confirmado que esas galaxias antiguas y masivas siguen formando estrellas, aunque a un ritmo muy lento. Los resultados de este trabajo, cuya autora principal es la estudiante de doctorado Núria Salvador-Rusiñol del IAC y la Universidad de La Laguna se publican hoy en la revista Nature Astronomy.

En este estudio, basado en 30.000 espectros de galaxias masivas de tipo temprano del cartografiado BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) del SDSS (Sloan Digital Sky Survey), se ha analizado la componente estelar joven de estas galaxias gracias a las huellas que dejan en el espectro del rango UV. Debido a que la señal es muy baja en el UV, se han sumado espectros de galaxias según su masa, lo que ha permitido usar índices espectrales del UV y del óptico de forma simultánea por primera vez.

Las galaxias más masivas se formaron más rápidamente durante las etapas iniciales y, por lo tanto, sus estrellas son más viejas que las de las galaxias menos masivas. Los investigadores han encontrado que las galaxias masivas de tipo temprano siguen formando estrellas, pero a un ritmo muy bajo. Solo un 0,5% de la masa de las estrellas de estas galaxias se ha formado en los últimos 2 mil millones de años.

Además, se ha encontrado que esta cantidad es ligeramente mayor para las galaxias menos masivas. Este resultado es consistente con el hecho de que las galaxias menos masivas se formaron más lentamente y que sus estrellas son más jóvenes que las de las galaxias más masivas.

Todavía no se sabe por qué las galaxias masivas dejan de formar la mayoría de sus estrellas a alto desplazamiento al rojo. Los principales candidatos son los agujeros negros masivos, en la forma de núcleos galácticos activos, que residen en las regiones centrales de galaxias masivas evitando que el gas se enfríe y forme nuevas estrellas.

Nuevas fronteras en el estudio de la evolución galáctica

“Esta detección –explica Salvador-Rusiñol– abre nuevas fronteras en el estudio de la evolución de las galaxias masivas. Que las galaxias más viejas del universo aún estén formando nuevas estrellas significa que los mecanismos que detienen la formación estelar en estas galaxias no son completamente eficientes”.

Y añade: “Necesitamos comprender el origen del gas que ha permitido formar estas estrellas jóvenes para trazar la evolución del universo. Este gas puede tener un origen in situ, debido a la evolución de las estrellas de la propia galaxia que mueren y nutren de gas el medio interestelar, o ex situ, de la fusión con otras galaxias o del medio intergaláctico”.

“Es la primera vez que se han detectado estrellas jóvenes con tanta precisión en galaxias masivas, las cuales se pensaba que evolucionaban de forma totalmente pasiva”, subraya Mike Beasley, investigador del IAC y co-autor del artículo. “Este estudio – afirma Alexandre Vazdekis, otro de los autores y también del IAC – no se hubiera podido llevar a cabo sin los modelos de poblaciones estelares que cubren el rango ultravioleta (llamados «E-MILES»), desarrollados en el IAC”.

Según Francesco La Barbera, investigador del INAF y coautor del artículo, «este resultado muestra claramente que la formación y evolución de galaxias masivas sigue siendo una cuestión abierta en la cosmología observacional, y que necesitamos avanzar en nuestra comprensión de su contenido de población estelar».

Estos resultados se han comparado con las predicciones de las simulaciones cosmológicas EAGLE. Las galaxias masivas de las simulaciones, en general, tienen demasiadas estrellas de edades intermedias comparado con las observaciones. Sin embargo, las galaxias que tienen las mismas proporciones de estrellas jóvenes que las observaciones se encuentran en las galaxias centrales de los cúmulos de galaxias, donde los mecanismos para detener la formación estelar son más eficientes.

“El gas caliente localizado en el cúmulo de galaxias actúa como un viento continuo en las galaxias que orbitan dentro del cúmulo, quitándoles el gas y deteniendo así la formación de nuevas estrellas de forma más eficiente. Esta detención es mayor en las regiones centrales del cúmulo donde el gas es más denso”, señala Andrea Negri, investigador del IAC y coautor también de esta publicación.

Los resultados de este trabajo proporcionan condiciones claves para las simulaciones teóricas que permiten construir modelos que expliquen mejor la formación y evolución de las galaxias.