Situada a unos 75 mil años luz de nosotros, una galaxia conocida como Segue 1 tiene algunas propiedades inusuales: Es la galaxia más antigua jamás detectada. Es muy pequeña, dado que contiene sólo alrededor de mil estrellas. Y tiene una composición química rara, con infinitamente pequeñas cantidades de elementos metálicos presentes (recordemos que en astrofísica se denominan elementos metálicos a todos los formados con posterioridad a la nucleosíntesis inicial. Es decir, todos los elementos distintos del hidrógeno, helio y litio).
Un equipo de científicos ha analizado la composición química de esta galaxia y ha obtenido nuevos conocimientos sobre la evolución de las galaxias en las primeras etapas de nuestro universo. Aunque en este caso en particular, se trataría más bien de una falta de evolución en Segue 1.
Normalmente, las estrellas se forman a partir de nubes de gas y luego de quemar sus combustibles nucleares explotan como supernovas (las más masivas). Al cabo de decenas a miles de millones de años acaban esparciendo sus productos de la fusión al medio interestelar, donde servirán como base para nuevas generaciones de estrellas. No ocurrió así en Segue 1. A diferencia de todas las otras galaxias estudiadas, los modelos indican que el proceso de formación estelar en Segue 1 se detuvo en lo que normalmente sería una etapa temprana del desarrollo de una galaxia.
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Interacción de dos galaxias. La imagen no es de Segue I, sino meramente
orientativa. Crédito: ESO (ESO) [CC-BY-3.0], via Wikimedia Commons
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"Es químicamente muy primitiva", dice Anna Frebel, profesora asistente de física en el MIT, y autora principal de un nuevo artículo que detalla los nuevos hallazgos sobre Segue 1. "Esto indica que la galaxia nunca formó muchas estrellas. Se quedó en el camino. Esta galaxia trató de convertirse en una gran galaxia, pero fracasó".
Precisamente es esto lo que hace de esta galaxia un objeto muy valioso para el estudio. Como ha permanecido en el mismo estado desde su nacimiento, Segue 1 ofrece una valiosa información sobre las condiciones del universo en sus primeras fases después del Big Bang.
"Nos dice cómo empiezan las galaxias", dice Frebel. "Es realmente un gran avance en arqueología estelar, donde miramos hacia atrás en el tiempo para estudiar la época de las primeras estrellas y la primera formación de las galaxias."
Estrellas pobres en metales: un signo revelador
El documento, “Segue 1: An Unevolved Fossil Galaxy from the Early Universe”, acaba de ser publicado por la revista Astrophysical Journal. Junto con Frebel, los co-autores del artículo son Joshua D. Simon, un astrónomo de los observatorios de la Institución Carnegie, en Pasadena, California, y Evan N. Kirby, un astrónomo de la Universidad de California en Irvine.
El análisis utiliza nuevos datos tomados por los telescopios Magallanes en Chile, así como los datos del Observatorio Keck en Hawai, pertenecientes a seis estrellas gigantes rojas en Segue 1, las más brillantes de la galaxia. Los astrónomos son capaces de determinar qué elementos están presentes en las estrellas porque cada elemento tiene una firma única que se vuelve detectable en los datos del telescopio. La espectroscopía estelar ha dado pasos enormes con los nuevos instrumentos montados en telescopios tanto terrestres como espaciales.
En particular, Segue 1 tiene estrellas que son claramente pobres en contenido metálico. Todos los elementos en Segue 1 que son más pesados que el helio parecen haber derivado ya sea de una sola explosión de supernova, o tal vez un par de tales explosiones, que se produjeron relativamente pronto después de la formación de la galaxia.
Segue 1 quedó suspendida en el tiempo en términos evolutivos, porque perdió su gas debido a estas explosiones de supernova y dejó de formar nuevas estrellas.
"Simplemente no tiene suficiente gas, no pudo reunir el suficiente como para crecer más grande y hacer más estrellas", dice Frebel. De hecho, una galaxia típica de su tamaño contendría alrededor de un millón de estrellas. Segue 1 contiene sólo alrededor de mil.
Los astrónomos también encontraron evidencia de falta de los llamados "neutron-capture elements". Estos elementos capturadores de neutrones se encuentran en la mitad inferior de la tabla periódica, y se crean en las estrellas de masa intermedia. Pero en Segue 1, Frebel señala que los elementos capturadores de neutrones se hallan en los niveles más bajos que se hayan detectado. Con esto nuevamente se corrobora el hecho de que esta galaxia ha cesado abruptamente en la producción de estrellas.
Incluso la composición química general de Segue 1 la diferencia de otras pequeñas galaxias que los astrónomos han encontrado y analizado.
"Es muy diferente de estas otras galaxias de tipo enanas regulares que tuvieron evolución química completa", dice Frebel. "Esas otras son sólo mini-galaxias, mientras que Segue 1 es una galaxia trunca. Es una galaxia que no ha evolucionado". Frebel concluye diciendo: "Nos gustaría encontrar más".
El análisis de las galaxias enanas tenues produce una nueva visión acerca del desarrollo del universo
Los modelos computacionales de galaxias enanas indican que ellas parecen formar los bloques de construcción de galaxias más grandes, como Andrómeda o la Vía Láctea. El análisis químico de Segue 1 arroja nueva luz sobre la naturaleza de estos bloques de construcción, como señala Frebel.
De hecho, otros astrónomos sugieren que el estudio de las galaxias como Segue 1 es una parte vital de los avances en el campo de evolución estelar y galáctica. Volker Bromm, profesor de astronomía en la Universidad de Texas, dice que el nuevo trabajo corrobora la idea de que el análisis de las galaxias enanas tenues produce una nueva visión acerca del desarrollo del universo.
Como Bromm señala, en lo que respecta a la composición química de las primeras estrellas, cualquier búsqueda de pistas entre estrellas más cercanas a nosotros en la Vía Láctea puede ser problemático. Esto es así porque la mayoría de estas estrellas han tenido un conjunto muy complejo de hechos en la historia de su enriquecimiento con elementos pesados. Porque muchas generaciones de supernovas han contribuido a los patrones de abundancia de estos elementos detectados en esas estrellas.
Sin embargo, las estrellas de galaxias enanas no vienen con ese problema dado que se formaron relativamente aisladas. Las conclusiones sobre Segue 1 también indican que puede haber una mayor diversidad de caminos evolutivos entre las galaxias en el universo temprano de lo que se había pensado. Sin embargo, debido a que es sólo una en particular, Frebel es reacia a hacer afirmaciones generales.
"Sin duda se necesitará encontrar más de estos sistemas", señala. "O, si nunca encontramos otra como Segue 1, al menos sabremos lo raro que es que las galaxias fracasen en su evolución. Simplemente no lo sabemos en este momento, porque esta es la primera de su tipo".
Por Mariano Miguel Lanzi
Fuente: MIT.
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