Simulando galaxias desde el Big Bang hasta ahora

Por primera vez, los astrónomos son capaces de simular con precisión galaxia, desde poco después del Big Bang hasta nuestros días mediante la inclusión de un tratamiento realista de efectos que mantiene a las estrellas en sus galaxias anfitrionas.

En las últimas décadas los astrónomos han simulado galaxias mediante la inclusión en su modelos de una mezcla de componentes físicos básicos – gravedad, química del gas y  evolución del universo.

Durante años sus simulaciones han demostrado que el gas se enfría rápidamente y cae al centro de la galaxia. Finalmente, todo ese gas forma estrellas. Sin embargo, las observaciones muestran sólo el “10 por ciento del gas que hay en el universo”, explica el astrónomo de Caltech Philip Hopkins. “Y en galaxias muy pequeñas o muy grandes, el cifra puede llegar hasta muy por debajo de un porcentaje.”

Los modelos de galaxias crean demasiadas estrellas y como resultado final, éstas pesan pesan más que galaxias reales del universo observable. Pero, en teoría, la solución es simple: lo que falta es un proceso conocido como retroalimentación estelar.

Para ello, los astrónomos tienen que mirar cómo las estrellas ayudan a dar forma a la evolución de las galaxias en las que residen. Y lo que han encontrado es que las estrellas afectan en sus ambientes drásticamente.

Cuando las estrellas son muy jóvenes son extremadamente caliente y lanza al espacio una onda expansiva de una gran cantidad de radiación. Esta radiación se calienta y comprime el gas interestelar cercano. Más tarde los vientos estelares -partículas que fluyen de la superficie de las estrellas- también empujan el gas, lo que altera aún más la formación de estrellas cercanas. Por último, en forma de explosiones supernovas, pueden empujar el gas a velocidades casi sónicas.

Aunque los astrónomos han entendido la física que faltaba durante para un buen tiempo, no han sido capaces de incorporarla con éxito en sus modelos. A pesar de los esfuerzos, sus galaxias simuladas siempre han pesado más que las galaxias observadas.

Comprender la física que falta es una cuestión completamente diferente que ser capaz de incorporarla en los modelos.

En cambio, los astrónomos hicieron supuestos  a lo grande en base a que las galaxias debían ser similares. En algún momento de sus simulaciones debían ajustar ciertos parámetros. Esto hacía que necesario deshacerse de tanto gas como fuera necesario hasta que los resultados correspondierann más o menos con las galaxias que observamos.

“Básicamente, los astrónomos dijeron: necesitamos que haya vientos para explicar las observaciones, por lo que vamos a insertar esos vientos a mano en nuestros modelos, y ajustar los parámetros hasta que quede como lo que se observa,” dijo Hopkins.

En el momento, afinar de esta manera fue los mejor que los astrónomos podían hacer y sus modelos ayudaron a mejorar nuestra comprensión de la evolución de las galaxias. Pero Hopkins y un equipo de astrónomos de toda América del Norte han encontrado una manera de incorporar la retroalimentación estelar directamente en sus modelos.

El equipo de investigación está creando simulaciones crean su retroalimentación estelar explícitamente. El proyecto FIRE (Feedback in Realistic Environments) es un esfuerzo de varios años de diversas instituciones.

Si bien no fue una tarea fácil, incorporaron lo necesario y se puede decir que jugaron con esta física en sus modelos, lo que permite una precisión sin precedentes. Se ha rastreado los efectos de radiación y los vientos estelares tienen en cuenta sus entornos e incluye una tasa de supernovas realista.

“El resultado es que vemos estas estrellas empujando el gas, y las explosiones de supernovas barriendo y ‘apagando’ grandes cantidades de material de las galaxias”, explicó Hopkins. “Cuando se siguen todo los pasos, la historia se mantiene unida, y de hecho puede explicar las masas observadas de las galaxias sólo introduciendo los datos de estrellas.”

Los resultados han sido gratificantes y proporcionan algunos vídeos interesantes de bonitas de galaxias que forman todo el universo observable.

Ha quedado claro que los diferentes tipos de retroalimentación estelar no trabajan solos. Mientras que la energía emitida por los vientos estelares puede alejar el gas interestelar, no puede lanzar el gas fuera de la galaxia por completo. La propulsión necesaria se produce, en cambio, cuando la explosión de una supernova sucede cerca.

Pero esto no quiere decir que las explosiones de supernovas jueguen un papel más importante que los vientos estelares. Si los autores dejan fuera cualquier mecanismo de retroalimentación estelar (la radiación de estrellas jóvenes y calientes, los vientos estelares y explosiones de supernovas), los resultados son igualmente pobres, con demasiadas estrellas y masas demasiado grandes.

“Tenemos que empezar a explorar estas nuevas sorpresas, pero esperamos que estas herramientas nos permitirán estudiar toda una serie de preguntas abiertas en el campo.”

El documento ha sido enviado para su publicación en la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society y está disponible para su descarga

Hopkins analizó el impacto de este “zom cosmológico utilizando la retroalimentación estelar” en al taller de la Universidad de California, Santa Cruz a principios de este año.

Autor: Shanon Hall