Cuando observamos en las áreas más distantes del universo encontramos las primeras galaxias que se formaron. Estas se conocen como galaxias con alto corrimiento al rojo (galaxias high-z por su abreviación en inglés), estas tienen propiedades distintas a lo que se puede observar en el universo cercano. El corrimiento al rojo es un fenómeno cosmológico, el cuál hace que una onda electromagnética cambie su frecuencia, desplazándose hacía el rojo en el espectro electromagnético. En este fenómeno las galaxias no se mueven a través del espacio, más bien el mismo espacio se expande, alejando entre sí todos los elementos que este contiene. Estas galaxias usualmente se conocen por ser pequeñas, tener formas irregulares, y carecer de elementos pesados en su entorno. Ya que, más bien los elementos que más abundan son el hidrógeno y el helio. Esto no resulta sorprendente debido a que en estas galaxias se está en un constante proceso de creación de nuevas estrellas; las cuales a la hora de su formación necesitan principalmente de estos dos elementos para ser generadas.
Existen obstáculos observacionales que impiden llevar a cabo un estudio preciso de estas galaxias. Ya que, al encontrarse tan alejadas de la nuestra, no hay herramientas tecnológicas que permitan estudiar las mismas con precisión.
El universo en sus etapas iniciales plantea enormes misterios, que han sido objeto de estudio de muchos investigadores, a través del tiempo. En esta ocasión la científica hondureña Skarleth Motiño, junto con Tommy Wiklind y Rafael Eufrasio, buscaron nuevas formas de comprender estas galaxias jóvenes de una manera más óptima sin estudiarlas directamente. Teniendo el objetivo de analizar el polvo estelar y la formación de las estrellas en estas. Consiguiendo así, tener más facilidad de profundizar en el conocimiento que se tiene del medio interestelar del universo temprano. Una manera de lograrlo es mediante el estudio de galaxias análogas que comparten propiedades similares con el grupo con alto corrimiento al rojo. Una herramienta que permitió tener un buen resultado a la hora de encontrar las mejores candidatas, fue el estudio de la historia de formación estelar de las galaxias análogas.
“No me intrigó el estudio de las estrellas tanto como el de las galaxias en su formación y evolución con modelos teóricos”, mencionó Skarleth. Debido a que existían muy pocas observaciones de las galaxias con alto corrimiento al rojo, ella inició su estudio con ayuda de su asesor de tesis, quién trabajaba con este tipo de galaxias. Juntos buscaron un enfoque diferente para poder estudiar el infrarrojo de las galaxias, de las cuales encontraron 11 de las 129 con las características que ellos buscaban.
Skarleth Motiño Flores
Un ejemplo de galaxias análogas son las galaxias enanas compactas azules (galaxia BCD por su abreviación en inglés). Las galaxias BCD, además de compartir las características ya mencionadas con las de alto corrimiento al rojo, suelen ser pequeñas y pobladas por estrellas masivas relativamente jóvenes, las cuales alcanzan altas temperaturas y tienen un tiempo de vida corto. Las más brillantes suelen mostrar un color azul (haciendo que la galaxia parezca tener un tono azulado). Es importante mencionar, que existen otros tipos de galaxias locales con propiedades análogas a las galaxias high-z.
Para estudiar las galaxias BCD, se recurrió al uso de SOFIA, un observatorio astronómico que utiliza un Boeing 747SP modificado, que carga un telescopio reflector de 2.5 metros de diámetro. El cual se construyó gracias a un esfuerzo conjunto de la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán. SOFIA cuenta con una cámara especial, llamada HAWC+, que brinda la posibilidad de realizar imágenes en el espectro de ondas infrarrojas lejanas. Gracias a esta tecnología se obtuvo la posibilidad de observar seis galaxias BCD. Además, para realizar la investigación se usaron los datos obtenidos por los observatorios: Herschel, Spitzer, y Akari, entre otros.
Las propiedades que se buscaban caracterizar de las galaxias análogas estudiadas eran la emisión de polvo y la estelar. Para esto, se usaron dos herramientas distintas; el modelado de cuerpo negro modificado y un paquete de software llamado Lightning. Ambas herramientas, permiten determinar la luminosidad infrarroja lejana y la masa del polvo para cada galaxia. El método de cuerpo negro también permite averiguar las temperaturas del polvo y el software Lightning brinda la opción de establecer la historia de formación estelar perteneciente a las galaxias.
Con el fin de clasificar las galaxias dentro de la muestra estudiada, se definieron las categorías oro, plata y bronce. Las cuales tienen el objetivo de permitir diferenciar las mejores candidatas para ser comparadas con galaxias jóvenes. Cabe resaltar que las categorías no son generales, y solo son aplicables a esta investigación.
A pesar de que la muestra empleada de galaxias análogas es relativamente pequeña, entre estas se encontraron algunas diferencias. Seis de ellas parecen no mostrar ninguna actividad de formación estelar (hasta hace aproximadamente mil millones de años), convirtiéndose en galaxias realmente jóvenes, entrando en la denominada categoría de oro.
Dos de las 11 galaxias tienen historiales de formación estelar con actividad significativa, que se puede trazar desde hace aproximadamente 13,300 millones de años. Lo cual hace que estas galaxias predominen con poblaciones estelares antiguas. Por lo tanto, estas no se calificarían como análogas, ya que deberían de ser galaxias jóvenes. Estas dos galaxias entran en la categoría bronce.
Las tres galaxias restantes de la muestra tienen un historial de formación estelar, desde hace aproximadamente cinco mil millones de años. Por lo tanto, están entre la categoría bronce y oro, esta categoría es designada como plata.
Se descubrió que entre las galaxias de oro y las de bronce, existe una enorme diferencia en las tasas específicas de formación estelar, siendo más alta en las primeras. Además, existen diferencias en las temperaturas del polvo estelar, siendo mayores en la categoría de oro. Otro dato importante, es que la categoría de oro es la que posee un sistema donde conviven pocos metales pesados, y destaca más la presencia de elementos como hidrógeno y helio.
Basado en los datos encontrados acerca de la muestra de galaxias, se propone que las galaxias pertenecientes a la categoría de oro, son candidatas ideales para realizar estudios de seguimiento. Estos estudios permiten determinar la dinámica de gases. Si estas galaxias BCD son jóvenes, implicaría que la actividad de formación estelar no ocurre, debido a interacciones gravitacionales y la colisión de galaxias que se fusionan.
Skarleth logró finalizar esta investigación junto a sus compañeros, con mucho éxito, debido a su perseverancia y arduo trabajo. “Hay miedo de aventurarse a adquirir experiencia, nos falta tener más confianza en nosotros mismos. Hay oportunidad para todos, pero debemos aprender a no tener miedo. Debemos de tener confianza en nuestras habilidades”, nos comentó Skarleth, quién nos motiva a todos a tomar las oportunidades que se nos presentan.
Para un vistazo más amplio y profundo del tema, se recomienda leer el artículo: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2021ApJ…921..130M/abstract
Texto escrito por Gabriela Larios y Brendan Naranjo
Acerca de Skarleth Motiño:
- Investigadora post-doctoral en USRA – Stratospheric Observatory for For Infrared Astronomy (SOFIA).
- Doctorado en astrofísica en The Catholic University of America.
- Licenciatura en física en la Universidad Nacional Autónoma de Honduras.