Las mareas maduras de las galaxias enanas

Los lugares honorarios no están reservados para ellos, pero las galaxias enanas dominan el mundo de las galaxias en número. Dentro del grupo de galaxias al que pertenece la Vía Láctea, el Grupo Local, se han identificado más de treinta de ellos. Según el modelo cosmológico de moda, las galaxias enanas son las reliquias de las primeras galaxias pequeñas formadas después del Big Bang. Desde entonces, han sobrevivido a las múltiples fusiones que han dado forma a las galaxias gigantes en el Universo actual.

¿Es este escenario válido para todas las galaxias enanas? ? Varios estudios indican que algunos habrían nacido mucho más tarde, de escombros de colisión entre galaxias espirales gigantes. La existencia de estas galaxias enanas de «segunda generación» difumina un poco el escenario estándar de formación jerárquica de estructuras. Pero el Universo, una gran fábrica de estructuras, es solo más rico.

Las fuerzas que se ejercen durante las colisiones entre galaxias, en particular los efectos de las mareas debido a las diferencias de fuerzas expresadas en la misma estructura, desgarro de los discos estelares de estrellas y gas. Forman anillos, colas y otras protuberancias características de las galaxias interactuantes en el medio intergaláctico (ver Figura 1). Bajo ciertas condiciones, los desechos de colisión se recombinan para crear nuevos objetos de varios tamaños: supercúmulos estelares de unos pocos millones de masas solares, hasta objetos de varios miles de millones de masas solares. Estas son galaxias enanas, llamadas «mareas», en referencia a su origen singular. Los enanos de marea son las únicas galaxias en el Universo cercano cuyo nacimiento observamos.

Origen y destino

Las maremotos en proceso se presentan como «condensaciones» masivas de gases y estrellas, más o menos jóvenes, a menudo ubicadas al final de las colas de marea. Desde su descubrimiento, en la década de 1990, se propusieron varios escenarios para tratar de comprender su modo de entrenamiento. Según uno de ellos, una sobredensidad local de estrellas en colas de marea habría dado a luz a enanas de marea al atraer otras estrellas y acreditar gas. Un modelo alternativo le da a los enanos de marea un origen principalmente gaseoso. Las simulaciones digitales realizadas por nuestro equipo a principios de la década de 2000 destacan por esta segunda hipótesis. Hemos demostrado cómo, en algunos casos, las nubes de gas de hidrógeno atómico se transportan al final de las colas para colapsar allí y formar una nueva generación de estrellas.

Para que los resultados de las colisiones observadas o simuladas se consideren como «galaxias», se deben validar dos condiciones. La primera es que forman objetos dinámicos independientes de sus padres. El segundo es que su esperanza de vida es suficiente para que sean de importancia cosmológica. Verificamos la primera condición gracias al estudio de la cinemática de las colas de marea y los movimientos de rotación interna resaltados. Esta propiedad brinda a los enanos de las mareas una cierta estabilidad a pesar de su propio peso, como para las galaxias espirales clásicas.

El segundo criterio es mucho más difícil de probar, al menos utilizando observaciones. De hecho, todos los enanos de marea identificados hasta la fecha todavía están conectados a sus galaxias «padres» por la cola de marea. En unos pocos cientos de millones de años, este vínculo desaparecerá y los enanos de las mareas se parecerán a las galaxias enanas clásicas. Incluso si se distinguirán por algunos rasgos característicos, en particular una diversidad anormalmente alta de elementos químicos, heredados de sus padres.

Para estimar las posibilidades de supervivencia de las enanas de marea, una vez más hemos utilizado simulaciones digitales. Esto nos permitió evaluar la fracción de galaxias que serán destruidas o tragadas rápidamente por los ogros de sus padres. Este trabajo ha demostrado que si bien la mortalidad infantil es particularmente alta, alrededor del 50 por ciento, disminuye bruscamente con el tiempo. Los enanos de marea que logran sobrevivir los primeros cientos de millones de años durarán varios miles de millones de años, como satélites de sus galaxias principales. Además, hemos predicho que las galaxias enanas que son viejas y colisionadas representan una pequeña fracción de todas las galaxias. Queda por encontrarlos e identificarlos en el Universo real …

Enanas de marea como laboratorios

Las colisiones entre galaxias también nos proporcionan información valiosa sobre la distribución de material en galaxias y sus alrededores. Uno de los acertijos más obstinados de la astrofísica es, sin duda, la misteriosa composición de la materia «negra». Los modelos cosmológicos estándar predicen la existencia alrededor de galaxias espirales de vastos halos de materia oscura. Los enanos de las mareas, que se mueven en estas regiones, sirven como sondas gravitacionales para analizar estos halos hipotéticos. Nuestras simulaciones digitales lo dicen: si existen halos negros, son al menos diez veces más grandes que el disco estrella. De lo contrario, las fuerzas gravitacionales serían insuficientes para crear, en el corazón de los escombros de colisión, objetos tan masivos como las galaxias enanas ! Con pequeños halos, se formarían precursores de cúmulos globulares, pero no las enanas de marea observadas.

¿Qué pasa con la materia dentro de los enanos de marea? ? Los componentes del halo de la materia oscura se mueven en movimientos aleatorios y se ven poco afectados por las fuerzas de marea. Como resultado, las enanas de marea deben contener una pequeña cantidad de materia oscura del halo y la mayoría de los materiales de los discos de galaxias originales. Que fue nuestra sorpresa descubrir recientemente en estos objetos una fracción de masa «desaparecida» ? La masa que determinamos, gracias al estudio de la cinemática interna de las galaxias de marea, no se correspondía con la masa «ligera», revelada por las estrellas y el gas interestelar visible. Un componente en escombros de colisión, y por lo tanto en los discos de galaxias espirales, escapa a las observaciones. ¿Son estos gases moleculares muy fríos que son difíciles de detectar, materia más exótica o deberíamos cuestionar el método tradicional de medición de masa? ? Favorecemos, por el momento, la primera hipótesis sin tener pruebas directas de ello … incluso si el gas molecular ya se ha observado en enanas de marea en forma de monóxido de carbono.

El descubrimiento de enanas de marea presentó un modo original de formación de galaxias: como hay diferentes generaciones de estrellas, algunas formadas a partir de los escombros de otras, también hay galaxias «recicladas». Los enanos de marea están lejos de constituir la mayoría de las galaxias enanas, pero sin duda constituyen laboratorios privilegiados para el estudio del Universo.

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