22 de enero de 2009

Nuevo estudio refuta la teoría de la formación de galaxias

Imagen: Universidad Hebrea de Jerusalén

Una nueva teoría sobre cómo se formaron las galaxias en el Universo hace miles de millones de años, ha sido formulada por cosmólogos de la Universidad Hebrea de Jerusalén y se oponen a las visiones predominantes de cómo las galaxias vinieron a existir.

La nueva teoría, motivada por el avance de las observaciones astronómicas y basada en las más modernas simulaciones por computadora, sostiene que las galaxias se forman principalmente como resultado de intensas corrientes cósmicas de gas frío (mayormente hidrógeno) y no, como sostienen las teorías actuales, debido principalmente a fusiones entre galaxias. Los investigadores muestran que estas fusiones tuvieron sólo una influencia limitada en el aspecto cosmológico del Universo tal y como lo conocemos.

Los resultados del grupo de investigación en cosmología, liderado por el Prof. Avishai Dekel, que ostenta la cátedra Andre Aisenstadt de Física Teórica en el Instituto Racah de Física de la Universidad Hebrea, aparecen en la revista Nature.

Las galaxias son las unidades estructurales del Universo. Cada una de ellas comprende cientos de miles de millones de estrellas radiantes, como el Sol, las cuales se extienden a lo largo de 50.000 años luz. Cada galaxia está embebida en un halo esférico de materia oscura que no puede verse, pero que se detecta a través de su masiva atracción gravitatoria. La naturaleza exacta de esta materia aún es desconocida.

Hay dos grandes tipos de galaxias: las espirales y las elípticas. Las galaxias espirales, tales como la Vía Láctea, son discos giratorios, ricos en gas de hidrógeno, y están constantemente formando nuevas estrellas. Las estrellas jóvenes dan a las galaxias espirales un tinte azul. Por el contrario, las galaxias elípticas tienen cuerpos con una forma más grande y redondeada, y están hechas de viejas estrellas rojas que están faltas de gas. Por lo tanto, nos referimos a ellas como rojas y muertas.

El intento de comprender la forma en la cual se forman estos dos tipos de galaxias es el principal desafío al que se enfrentan los modernos investigadores en cosmología. La formación de galaxias es una etapa esencial en los procesos cosmológicos que llevan a la formación de la vida.

El modelo aceptado hasta ahora tiene como base la idea de gas esférico cayendo a un disco central, seguido de fusiones entre discos. La suposición es que las estrellas se formaron lentamente dentro de los discos gaseosos, y que los discos se convirtieron en globos cuando se fusionaron. En tal fusión, las nubes de gas en colisión produjeron un gran estallido de nuevas estrellas a un índice de cientos de masas solares por año.

Este modelo ha sido cuestionado últimamente como resultado de observaciones astronómicas usando nuevos y más poderosos telescopios que permiten observaciones del Universo en mayor profundidad, haciendo posible examinar lo que sucedió en las galaxias hace 10 mil millones de años (aproximadamente 3 mil millones de años después del Big Bang que diese origen al Universo). "Las grandes galaxias, tal como se ven en esta etapa inicial, efectivamente crearon estrellas con una tasa muy rápida, pero esto no parece ser, en absoluto, el resultado de las fusiones galácticas", dice el Prof. Dekel. Las observaciones astronómicas fueron lideradas por investigadores en Garching, Alemania, encabezadas por el Prof. Reinhard Genzel del Instituto Max Planck, cuyo grupo está colaborando con los investigadores de la Universidad Hebrea.

La cuestión que surgió era cómo estas galaxias fueron capaces de formar estrellas tan rápidamente y en tan grandes cantidades en una etapa tan temprana sin masivas fusiones galácticas.

En el artículo publicado en Nature, el Prof. Dekel y sus asociados franceses y de la Universidad Hebrea, proponen su nuevo modelo teórico, el cual explica estos fenómenos observados. Sus hallazgos están basados en simulaciones por computadora realizadas por investigadores franceses encabezados por el Prof. Romain Teyssier. Las simulaciones, usando una de las supercomputadoras más potentes de Europa, hicieron posible realizar una investigación detallada de una forma sin precedentes de cómo se formaron las galaxias en el Universo temprano.

La descripción que surge es una construcción de galaxias que resulta de un flujo continuo de gas frío a lo largo de unas pocas corrientes estrechas, en lugar de mediante fusiones. Estas corrientes de gas siguen los filamentos de la "red cósmica" que define la estructura a gran escala de la materia en el Universo: los filamentos que alimentan a los halos de materia oscura, en primer lugar. Estas corrientes de gas frío penetran a través del halo de materia oscura de cada galaxia y al gas caliente que lo llena y alcanzan el centro, donde se convierten en un disco giratorio. Estos discos, cada uno sujeto a sus propias fuerzas gravitatorias locales, se rompen en unos pocos cúmulos gigantes en los que el gas se convierte en estrellas de forma muy eficiente.

Mediante sus cálculos, Dekel y su grupo muestran que el índice de formación estelar, previsto por la teoría, es compatible con el índice observado. Los investigadores se refieren a estos masivos formadores estelares en el Universo temprano como Corrientes de Alimentación de Galaxias o SFG (por las siglas en inglés para Stream-Fed Galaxies). El fenómeno de fusión galáctica, desde esta visión, no fue el factor principal como se sostiene en la teoría actual.

El Prof. Dekel y sus asociados de la Universidad Hebrea, el Prof. Re'em Sari y el Dr. Daniel Ceverino, desarrollaron una teoría física simple que explica la formación de aglomeraciones gigantes en los discos masivos iniciales, y cómo están dirigidos por las corrientes cósmicas. Predicen que la migración de estas aglomeraciones a los centros del disco lleva a la formación de galaxias elípticas, ya en el Universo temprano, independientemente de las fusiones galácticas. De esta forma están haciendo la revolucionaria propuesta que el papel de las corrientes cósmicas de gas no está limitado sólo a la conformación de discos de formación estelar, sino que estas corrientes también son los responsables de la subsiguiente formación de las galaxias elípticas rojas y muertas. Las nuevas simulaciones confirman esta teoría.

(jg) (mg)

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