El misterioso Anillo de Leo... - Amigos de Gabito

Hace un par de años recibí un correo electrónico de una estudiante de periodismo de la Universidad Autónoma de Barcelona. Su nombre es Blanca Mendiguren y me pedía información sobre el descubrimiento del satélite GALEX sobre la existencia de galaxias enanas en el Anillo de Leo . Para ello me hacía una serie de preguntas, que intenté responder la forma más rápida y concisa posible. Me resultó curioso entonces, y guardé la conversación como borrador para una futura historia por el blog. Y aquí va ahora, aprovechando que en el Telescopio Anglo-Australiano está muy nublado y no creo que observemos nada hoy.

¿Qué grado de importancia tiene el descubrimiento?

Antes de nada, te aclaro lo que es eso del Anillo de Leo. Nuestros ojos sólo ven una pequeñísima región de todos los "colores" que exiten en la naturaleza: decimos que vemos en luz visible (violeta-rojo) pero hay muchos otros más (rayos-X, ultravioleta, infrarrojo y radio) que existen y NO vemos. Para estudiar el Universo necesitamos mirar en todos esos colores, porque diferentes componentes de las galaxias o fenómenos sólo se pueden ver en un rango en concreto. Una bonita imagen aclaratoria la tienes en mi historia Las galaxias del Universo Local (en todo su color).

La galaxia espiral M 51 en todas las longitudes de onda. A la izquierda, en rayos X (Chandra), UV (GALEX), óptico (SDSS), NIR (2MASS), FIR (Spitzer) y radiocontinuo (VLA). La imagen central muestra la distribución de gas atómico (H I) cuando se observa en 21 cm; se ha superpuesto la imagen óptica del SDSS para mejor visualización). El recuadro blanco muestra el tamaño que las 6 imágenes de la izquierda. El recuadro negro indica la zona central, representada a la derecha tanto con HST como cuando en frecuencias milimétricas (CO a 2.6mm, OVRO). Imagen publicada originariamente en la historia Las galaxias del Universo Local (en todo su color), el 19 de diciembre de 2007.

Por ejemplo, si queremos ver el gas neutro que existe en el Universo necesitamos usar radiotelescopios y observar en la línea de 21 cm del hidrógeno atómico. El hidrógeno es la semilla de la formación estelar, el elemento más simple de la Naturaleza y sólo creado en el Big Bang. Las estrellas se forman dentro de las nubes de hidrógeno. Las galaxias tienen envolturas de hidrógeno a su alrededor, que suelen ser mucho más grandes que la componente que vemos en óptico.

El famoso Anillo de Leo es una nube enorme de hidrógeno atómico en forma de "anillo" y localizada en la constelación de Leo (en concreto, en unas galaxias que se llaman el Grupo de Leo), desde su descubrimiento, de forma accidental hace 25 años, se ha pensado que el gas que forma parte del anillo prácticamente no ha evolucionado desde el Big Bang (se dice que es gas primigenio) porque apenas muestra formación estelar (como no se han formado estrellas, el material del gas no se ha alterado con los desechos de las estrellas muertas). De ahí la importancia de analizarlo. La cosa es que las recientes observaciones del satélite GALEX (que observa en ultravioleta, color en el que destacan mucho las estrellas más masivas, que están relacionadas con la formación estelar reciente, puesto que las estrellas masivas mueren sólo unas pocas decenas de millones de años tras su nacimiento) han encontrado pequeños objetos con formación estelar reciente. De ahí la controversia en los últimos tiempos.

El Anillo de Leo. A la izquierda, la imagen en el óptico, donde destacan las galaxias M 105 y M 96, ambas visibles fácilmente con telescopios de aficionado, pero en donde también se señalan galaxias más débiles. A la derecha, la misma imagen pero con la escala de grises saturando las galaxias y superpuesto en azul los contornos de la emisión del hidrógeno neutro a 21 cm. El círculo abajo a la izquierda dentro de la imagen de la derecha representa la resolución espacial de la imagen en radio. El campo de visión, 70 minutos de arco por 100 minutos de arco, es el mismo en ambas tomas. Imagen extraída de la HI Rogues Gallery del NRAO, Crédito: Schneider et al. 1989 (sí, así eran las imágenes óptico / radio hace sólo un par de décadas...).

¿Permitirá comprender mejor el origen de las galaxias en el Universo? ¿Por qué?

La respuesta a esta pregunta es sí, claro, porque TODAS las galaxias que existen se han formado a partir de nubes de gas neutro como el Anillo de Leo. Además, todas al principio del Universo eran pequeñas (enanas), fusiones e interacciones de galaxias fueron creando objetos más grandes (como la Vía Láctea) y, con el paso del tiempo, las galaxias espirales fusionan y forman galaxias elípticas (muy muy masivas, grandes, y compuestas por estrellas muy viejas). Es lo que se conoce como modelo jerarquizado de la evolución del Universo.

Se creía que el gas que forma parte del Anillo de Leo casi no había evolucionado, pero ahora que se han descubierto estrellas en él, ¿se desmonta tal hipótesis?

No, no se desmonta completamente la hipótesis, aunque quizás sí hay que "redefinir" algunas cosillas. En esencia, el hidrógeno sólo se ha creado en el Big Bang, por lo que nubes intergalácticas (no galaxias) que sólo tienen hidrógeno y algo de helio (una parte se formó en el Big Bang, pero otra en las estrellas como fusión del hidrógeno) se llaman "primigenias". No deberían tener nada de metales (en Astrofísica, metales es todo aquello que no es ni hidrógeno ni helio) como nitrógeno, oxígeno, carbono o hierro, porque TODOS los elementos después de H y He se han formado DENTRO de las estrellas, no en el Big Bang. Pero es muy probable que queden muy pocas nubes así (si queda alguna) porque al principio del universo nacieron muchas estrellas "sin" estar en galaxias, que estaban aún por formar. Es lo que demuestra, por ejemplo, la detección del GRB de la semana pasada (última historia de mi blog el jueves 30 abril). Las primeras estrellas, llamémoslas "primigenias", solían ser muy masivas y evolucionaron muy rápido, explotando como "hipernovas" y "contaminando" con elementos químicos nuevos el gas.

Las estrellas en el anillo de Leo seguro que no es primigenio, y hace muuucho tiempo estrellas nacieron y murieron ahí. Pero quizás ha estado muchísimo tiempo sin producir nuevas estrellas, y las que ahora observamos (con GALEX) es como deberían haber sido las estrellas que empezaron a formar nuestra galaxia hace... 10 000 millones de años. O sea, están muy poco enriquecidas químicamente. Conforme más estrellas nacen y mueren en el gas, más se llena éste de elementos metálicos producidos dentro de las estrellas. En última instancia, hacen falta cierta cantidad de átomos de carbono, oxígeno, hierro y silicio para formar planetas... ¡y que luego pueda formarse la vida! Los átomos de nuestro cuerpo se cocinaron en estrellas que murieron hacen miles de millones de años.

En resumen, lo que hay que hacer ahora es medir la "metalicidad" (contenido en metales) de esas estrellas en la nube de Leo y así determinar cuántas generaciones de estrellas se han creado antes de ellas, y como de "primigenia" es la nube. Quizás nos llevamos una sorpresa y la metalicidad es sólo un poco inferior a la del Sol, lo que indicaría que ese gas ha sido expulsado de alguna galaxia hace relativamente poco tiempo (mil millones de años).

¿Afecta de algún modo a la Tierra?

No, en absoluto afecta nada a la Tierra.

¿Qué significa una galaxia enana?

Una galaxia enana es sólo un objeto extragaláctico cuya masa total es pequeña en comparación con las "galaxias" estándares, como la Vía Láctea. Mejor con números, una galaxia como la nuestra tiene una masa de 10^10 - 10^12 masas solares, las galaxias enanas tienen una masa entre 10^5 y 10^8 veces la masa del Sol (10^6 es 1 millón de estrellas como el Sol). Las galaxias enanas suelen ser irregulares porque no tienen suficiente masa para crear un disco espiral como el existente en nuestra Galaxia.

¿De qué tipo son las nuevas galaxias enanas encontradas dentro del Anillo de Leo?

Pues serían galaxias enanas con formación estelar, ¡ésas me gustan especialmente!

¿Podría haber galaxias de este tipo en otros puntos del Universo?

Por supuesto, normalmente los científicos y astrónomos en particular no decimos el "100% de posibilidad", pero en algunas cosas como ésta lo podemos afirmar: existen en el Universo multitud de galaxias enanas con formación estelar creadas a partir de gas intergaláctico aparenteme primordial.

¿Cómo y a partir de qué se forma una galaxia? ¿Cómo cree que se formaron las primeras galaxias?

Esto ya lo he dicho antes: las galaxias son colecciones de miles de millones de estrellas. Esas estrellas se han formado a partir de nubes de gas intergaláctico. Las primeras galaxias, enanas en su mayoría, se formaron poco después del Big Bang.

Imagen de la Nota de Prensa del satélite GALEX (NASA) anunciando el descubrimiento de galaxias enanas con formación estelar dentro del Anillo de Leo. Crédito: NASA/JPL-Caltech/DSS.

¿Este descubrimiento tiene alguna relación con el Big Bang?

No está relacionado directamente con el Big Bang en el sentido de que "veamos" el Big Bang, pero sí pone restricciones a cómo fue el Big Bang (composición del gas primordial, existencia de materia oscura, etc).

¿Qué quieres decir con que las estrellas que están en el Anillo de Leo son extragalácticas?

Dije estrellas extragalácticas porque NO se encuentran dentro de una galaxia. Aquí hay que ir de nuevo con cuidado con las definiciones, ¿qué es una galaxia? ¿qué es una galaxia enana? Normalmente, sistemas que tienen un masa de 10^9 (1000 millones) de masas solares ya son "galaxias" como nuestra Vía Láctea (suelen tener estructura espiral, salvo que sea muy masiva y es una galaxia elíptica), otros sistemas con masas de 10^6-10^9 masas solares son galaxias enanas, normalmente irregulares porque no hay gravedad suficiente para tener brazos espirales, pero las estrellas (y el gas y el polvo) están unidas por la gravedad. Hasta hace poco no hemos empezado a ver objetos extragalácticos (=entre las galaxias) con masas menores de 1 millon de veces la del Sol (10^6), ¿qué son? A veces cúmulos globulares, pero pueden seguir siendo "galaxias" aún más pequeñas. No recuerdo la masa de los cúmulos estelares que detectó GALEX, pero en comparación con otros sistemas parecidos debe de andar por ahí, 10^5-10^6 masas solares.

¿Qué significa que el Anillo de Leo carece de materia oscura?

Lo de la materia oscura es otro tema largo, y también una de las razones de porqué es importante estudiar galaxias enanas. Cuando "calculamos" la masa de las galaxias y la comparamos con el número de estrellas esperado según la luz que recibimos, vemos que es mucho mayor: hay "masa" que no está "brillando" (por eso es materia oscura) y no tenemos ni idea de lo que es. La diferencia es más grande conforme mayor es el objeto: una galaxia enana parece tener menos materia oscura en proporción a su luz que una galaxia como la Vía Láctea, que a su vez tiene menos proporción de materia oscura con respecto a los grupos de galaxias. ¿Se creó la materia oscura en el Big Bang o después? Pues ahí está de nuevo la importancia de analizar galaxias enanas o de estudiar nubes de gas hidrógeno aparentemente primordiales: si tienen materia oscura ésta también se creó en el Big Bang.

¿Antes del descubrimiento se creía totalmente necesaria la materia oscura para la formación de estrellas? ¿Y ahora?

Nunca (al menos que se sepa, pero quién sabe en verdad cómo van las cosas) se ha necesitado la materia oscura para la formación estelar. La materia oscura aparece en los dominios de las galaxias, no en zonas dentro de ellas donde se forman las estrellas. Las estrellas nacen de nubes muy densas y frías de gas molecular, el gas condensa y forma estrellas. La luz ultravioleta de las estrellas más jóvenes y masivas "enciende" el gas y se forma una nebulosa, que es lo que vemos desde Tierra. Salvo detalles, el proceso se entiende bien sin materia oscura.

La cosa es que cuando miramos a las galaxias, la cantidad de masa (determinada según cómo se mueven las galaxias) es siempre mucho mayor que la cantidad de luz que medimos de ella, siendo la proporción mucho mayor conforme mayor es la galaxia. Es lo que se ha llamado materia oscura. Lo que nos gustaría saber es cuál es la proporción de materia oscura en esas galaxias enanas o "estrellas extragalácticas", como las que hay en el anillo de Leo. Si resulta que la metalicidad de esos objetos es baja y a la vez son ricos en materia oscura, el origen de ésta es cosmológico. Si ocurre lo contrario, la materia oscura es algo que se va formando poco a poco como consecuencia de la evolución de las estrellas y de las galaxias.

Después del descubrimiento de galaxias enanas en el Anillo de Leo, ¿qué crees que se analizará?

Los siguientes pasos son determinar la metalicidad (cantidad de elementos químicos distintos de hidrógeno y helio) y la cantidad de materia oscura de estos sistemas. Con ellos tendremos mejores restricciones a los modelos cosmológicos.

Por ejemplo, imagina que se encuentra que estos sistemas son poco metálicos y tienen poca materia oscura. Habría que ponerse a buscar otros sistemas parecidos pero con distinta metalicidad (intermedia) y ver su contenido de materia oscura. Si se consigue una buena base de datos de varios sistemas similares, podemos ver si se correlaciona metalicidad/materia oscura, y dependiendo de cómo sea esa tendencia tendremos alguna pista adicional sobre qué es la materia oscura, porque realmente no tenemos ni idea.

Por otro lado, también habría que intentar explicar cómo se originó el Anillo de Leo. Ahora que sabemos que hay galaxias enanas con formación estelar por ahí dentro, la idea de que el gas fuese completamente primigenio va perdiendo fuerza. Quizás el origen de la extraña morfología del Anillo de Leo es una colisión cósmica entre varias galaxias, que ha desparramado el gas hacia el espacio extragaláctico. Quizás las consecuencias de esas interacciones gravitatorias son las que han iniciado la formación de las galaxias enanas detectadas por GALEX. Habría así que profundizar en este aspecto, tanto consiguiendo datos más profundos en radio como mediante simulaciones que intentaran reproducir el origen de tal estructura.

Con esto terminó la lista de preguntas recibidas en varios correos, y que he intentado unir de forma más o menos coherente. Sin embargo, la investigación del Anillo de Leo no concluye aquí. Justo al año siguiente, en 2010, el Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) emitió una nota de prensa en la que se explicaba los resultados de una reciente investigación, según los que el Anillo de Leo era fruto de una antigua colisión entre galaxias, acaecida varios miles de millones de años atrás.

Imagen, esta vez sí en color, que combina los datos ópticos profundos obtenidos con el Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) y la distribución de hidrógeno atómico (datos de radio a 21 cm) en color anaranjado. Los paneles de la derecha muestran las regiones más densas del Anillo de Leo (contornos naranjas) sonbre la imagen óptica. Crédito: CFHT/Astron - P.A. Duc.

Para demostrar esta hipótesis, el equipo de astrofísicos realizaron simulaciones numéricas variando varios parámetros. La simulación que mejor reproducía las observaciones era aquella en la que las dos galaxias NGC 3384 (en el centro del Anillo, pero ahora sin gas) y M 96 (una galaxia espiral masiva ahora en la periferia del grupo de Leo), actualmente separadas unos 38 millones de años luz, interaccionaron fuertemente hace más de mil millones de años, y una de ellas (previsiblemente, NGC 3384) perdió casi todo su gas en dicha colisión. Curiosamente, ambas entidades continuaron luego cada una su camino y no se fusionaron en un único "gran" objeto. Así que, con esto, el gas del Anillo de Leo NO es primordial.

FUENTE

http://angelrls.blogalia.com/historias/70714

El Lobo Rayado

Blog del astrofísico Ángel R. López-Sánchez
sobre Astronomía, Astrofísica y Ciencia en general.

El Anillo de Leo: entrevista periódistica