Una galaxia enana arroja nueva luz sobre algunos aspectos inusuales de la evolución temprana del Universo

Foto de los telescopios “Magallanes” en el Observatorio Las Campanas, en Chile, donde se están llevando a cabo algunas de las nuevas investigaciones sobre la galaxia Segue 1.
Crédito: Anna Frebel

En el curso normal de la evolución, inicialmente en la galaxias, las estrellas se forman por el colapso de nubes de hidrógeno y helio. Eventualmente, en los núcleos se alcanzan las condiciones ideales de densidad y de temperatura para empezar la fusión nuclear, lo que hace que las estrellas brillen. Durante la mayor parte de su vida, las estrellas van transformando el hidrógeno en helio. Decimos que la estrella se encuentra en la secuencia principal.

Con el tiempo, las estrellas fusionan elementos cada vez más pesados. Las estrellas como nuestro Sol, una vez que terminan de fusionar el helio en carbono y oxígeno, pierden sus capas externas y se transforman en enanas blancas. Las estrellas más masivas siguen fusionando elementos más pesados hasta llegar al hierro en sus núcleos. Una vez producen hierro, están condenadas a estallar en supernovas muy brillantes. El resultado es que el resto de los elementos de la tabla periódica se crean a través de la intensa energía y de la densidad del plasma que proporciona esta explosión – un proceso que se llama nucleosíntesis.

Con el tiempo, los restos de estas estrellas, pequeñas y grandes, se utilizan como bloques de construcción para las nuevas generaciones de estrellas. Sin embargo, en lugar de hidrógeno simple y helio, las nubes interestelares adquieren cada vez mayores porcentajes de elementos más pesados. Por ejemplo, nuestro sistema solar sigue estando dominado por el hidrógeno y el helio, pero nos encontramos con que el 2% de la composición del Sol son elementos más pesados.

Las galaxias más viejas deberían contener unas cantidades mayores de elementos más pesados, mientras que las galaxias más jóvenes deberían ser “pobres en metales”. Pero es justamente esto lo que hace que la galaxia cercana, Segue 1, sea peculiar.

Situada a unos 75.000 años luz de la Tierra – prácticamente al lado en términos cósmicos – esta galaxia enana contiene tan sólo unas 1.000 estrellas. Hay cúmulos de estrellas en nuestra propia Vía Láctea con un número de estrellas mucho mayor. La diferencia es que las galaxias como Segue están inmersas en un halo de materia oscura, un elemento diferenciador de los cúmulos de estrellas simples.

Lo que hace que esta galaxia sea interesante, aparte de su pequeño tamaño, es el hecho de que carece de elementos pesados. Anna Frebel, profesora asistente de física del MIT, dijo: “Es químicamente muy primitiva. Esto indica que esta galaxia nunca formó muchas estrellas en primer lugar. Se quedó por el camino. Y luego que intento convertirse en una gran galaxia, pero fracasó.”

Pero el simple hecho de que la galaxia parece haberse estancando, negándose a continuar con el proceso de formación de estrellas, no quiere decir que sea poco interesante. De hecho, es todo lo contrario. Segue 1 proporciona a los astrónomos una mirada al Universo temprano, al modelo de formación temprana de galaxias.

Frebel añadió: “Segue 1 nos está dado pistas sobre como se formaron las galaxias. Está realmente añadiendo otra dimensión a la arqueología estelar, donde miramos hacia atrás en el tiempo para estudiar la época de las primeras estrellas, y de la formación de las primeras galaxias.”

Utilizando los datos obtenidos por los telescopios Magallanes en Chile, así como las imágenes obtenidas por el Observatorio Keck en Hawai, el equipo analizó seis estrellas gigantes rojas que representan las muestras más brillantes de la galaxia. Usando una técnica llamada espectroscopia, el equipo fue capaz de identificar los elementos que están presentes en estas estrellas.

Se llegó a la conclusión que, al ser estos objetos tan pobres en metales, sólo tuvo que haber un puñado de eventos de supernovas en esta galaxia, puede que incluso sólo una. Los eventos iniciales habrían ocurrido poco después de la formación de la galaxia, lo que significa que la formación estelar se habría desacelerado rápidamente. Según Frebel: “Simplemente no tiene suficiente gas, y no podía reunir suficiente gas para hacerse más grande y crear así más estrellas, y como consecuencia de ello, no pudo crear elementos más pesados.”

Un análisis más detallado llevó a los científicos a comprender que los elementos aún más pesados – los que se encuentran en la mitad inferior de la tabla periódica, conocidos como elementos capturadores de neutrones – tampoco se encuentran presentes en esta galaxia. De hecho, las cantidades eran las más bajas que se encontrado nunca en ninguna galaxia. Esto también indica un falta de formación estelar, sobre todo de estrellas de masa media y alta, que son generalmente las responsables de la creación de este tipo de elementos.

Frebel señala: “Esta galaxia es muy diferente de las otras galaxias de tipo enanas regulares, las cuales tuvieron una evolución química completa. Esas otras son sólo ‘mini-galaxias’, mientras que Segue 1 es una galaxia truncada. Es una galaxia que no ha evolucionado.”

nteracción de dos galaxias. La imagen no es de Segue I, sino meramente
orientativa.
Crédito: ESO (ESO)

Las galaxias enanas son importantes, porque se cree que son la base para la formación de las galaxias más grandes, como la Vía Láctea, a medida que se fusionan con otras galaxias vecinas. Cuanto más aprendemos sobre las galaxias enanas primitivas, como Segue 1, más podemos saber sobre la historia de la formación de las galaxias más grandes como la nuestra.

Sin embargo, sigue habiendo un problema: Segue 1 puede no ser una muestra representativa. Los científicos, en general, tienen bastante cautela en sacar demasiadas conclusiones a partir de un único dato. Con el fin de obtener una imagen clara de la formación de galaxias y de su evolución temprana, las astrónomos necesitan localizar y estudiar otras galaxias enanas pobres en metales.

Frebel dijo: “Sin duda, necesitaremos encontrar más de estos sistemas. Si nunca encontramos otro como Segue 1, esto nos diría lo raro que es que una galaxia fracase en su evolución. Por el momento, no lo sabemos, porque esta es la primera de su tipo.”

Fuente: John P. Millis, Ph.D. – Your Universe Online