CÓMO SE FORMARON LAS GALAXIAS: ESPIRALES DE GAS
FRÍO
Simulaciones
por ordenador del crecimiento de galaxias durante miles de millones de años han
revelado un escenario probable de cómo se alimentan: una versión cósmica de un
retorcido torbellino.
Los
resultados muestran que el gas frío –combustible para las estrellas– se
aglutina en espirales en los núcleos de las galaxias a lo largo de filamentos,
rápidamente, dirigiéndose después a las “entrañas”. Una vez allí, el gas
se convierte en nuevas estrellas y las galaxias aumentan su masa.
“La
formación de galaxias es algo realmente caótico”, dijo
Kyle Stewart, autor principal del nuevo estudio que aparece en la edición de
mayo de Astrophysical Journal. “Utilizamos varios cientos
de procesadores de ordenador, y un mes de tiempo, simular y aprender más acerca
de cómo funciona este proceso”. Stewart, que ahora está en la
Universidad Bautista de California en Riverside, completó la mayor parte
de este trabajo, mientras trabajaba en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de
la NASA en Pasadena, California.
En
los inicios del universo, las galaxias se formaron a partir de cúmulos de
materia, conectados por filamentos en una red cósmica gigante. Dentro de
las galaxias, nubes de gas enfriado y condensado, llegaron a ser lo
suficientemente densas como para provocar el nacimiento de estrellas. Nuestra
galaxia espiral, la Vía Láctea, y sus miles de millones de estrellas se
formaron de esta manera.
El
modelo anterior de formación de galaxias sostenía que el gas caliente se hundió
en los centros de galaxias crecientes desde todas las direcciones. Se
pensaba que las nubes de gas, al chocar entre sí, generaban el envío de ondas
de choque, que a continuación calentaban el gas. El proceso es similar a
las explosiones sónicas de aviones de explosiones, sólo que en el caso de las
galaxias, el gas que cae viaja más rápido que la velocidad del sonido,
acumulándose en ondas. Finalmente, el gas se enfría y cae en el centro de la
galaxia. Este proceso, se teoriza, debía ser lento, teniendo un máximo de
8 millones de años.
La
investigación reciente ha contradicho este escenario en galaxias más pequeñas,
que muestran que el gas no se calienta. Se propone un “modo frío”
alternativo de formación de galaxias en su lugar, lo que sugiere que el gas
frío puede canalizarse a lo largo de los filamentos en los centros de
galaxias. Stewart y sus colegas se propusieron poner a prueba esta teoría
y resolver los misterios de cómo se obtiene el gas frío en las galaxias, así
como la velocidad a la que se mueve en espiral.
Asumiendo
que llevaría miles de millones de años ver crecer una galaxia, el equipo simuló
el proceso mediante el uso de superordenadores en el JPL, el Centro de
Investigación Ames de la NASA en Moffett Field, California, y la Universidad de
California, en Irvine. Esto suponía cuatro simulaciones diferentes de la
formación de una galaxia como la Vía Láctea; desde sólo 57 millones de años
después del Big Bang, hasta nuestros días.
Las
simulaciones se iniciaron con los ingredientes de partida de las galaxias
(hidrógeno, helio y materia oscura) y luego se dejaba que las leyes de la
física se encargaran de crear sus obras maestras galácticas. Los
superordenadores son necesarios debido al enorme número de interacciones.
“Las
simulaciones son como un gigantesco juego de ajedrez”, dijo
Alyson Brooks, co-autora del estudio y experta en simulaciones de galaxias en
la Universidad de Wisconsin, Madison. “Por cada punto en el tiempo,
tenemos que encontrar la manera de que una partícula dada –nuestra pieza de
ajedrez–, pueda moverse sobre la base de las posiciones de todas las otras
partículas. Hay decenas de millones de partículas en la simulación, por lo que
averiguar cómo las fuerzas gravitacionales afectan a cada partícula lleva mucho
tiempo”.
Cuando
las mezclas de las galaxias estuvieron listas, los investigadores
inspeccionaron los datos, a la búsqueda de nuevas pistas sobre cómo el gas frío
caía a los centros de galaxias. Los nuevos resultados confirman un flujo
de gas frío a lo largo de los filamentos y muestran, por primera vez, que el
gas está girando mucho más rápido de lo que se creía anteriormente. Las
simulaciones también revelaron que el gas se está abriendo camino a los centros
de las galaxias más rápidamente que lo que ocurre en el “modo caliente”” de la
formación de galaxias, cerca de un millón de años.
“Hemos
encontrado que las estructuras filamentosas que las galaxias se construyen son
fundamentales para la forma en que se acumulan con el tiempo, enroscando gas en
torno a ellos de forma eficiente”, dijo Leonidas
Moustakas, co-autor del trabajo y miembro del JPL.
Los
investigadores analizaron la materia oscura también –una sustancia invisible
que representa aproximadamente el 85 por ciento de la materia del universo–. Las
galaxias se forman a partir de trozos de materia normal, la llamada materia
bariónica que se compone de átomos y materia oscura. Las simulaciones
muestran que la materia oscura está girando a un ritmo más rápido a lo largo de
los filamentos en espiral en los centros de galaxias.
Los
resultados ayudan a responder al acertijo en astronomía sobre galaxias con
grandes discos extendidos de material girando alrededor de ellos, lejos de sus
centros. Los investigadores no entendían cómo el material exterior podría
estar girando tan rápido. El modelo frío permite esta rotación rápida,
encajando otra pieza en el rompecabezas de cómo crecen las galaxias.
“El
objetivo de la simulación de galaxias es compararlo a lo que los telescopios
observan y ver si realmente entendemos cómo se construye una galaxia”, dijo
Stewart. “Nos ayuda y tiene un sentido del universo real”.
Otros autores del
artículo son: James Bullock, de la Universidad de California, en Irvine; Ariyeh
Maller de la New York City College of Technology, Brooklyn, NY, Jürg Diemand de
la Universidad de Zurich, Suiza, y James Wadsley de la Universidad McMaster,
Hamilton, Ontario, Canadá. El JPL es administrado por el Instituto de
Tecnología de California en Pasadena para la NASA.
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