A las galaxias protocúmulo les encanta hablar con sus vecinos

Título: Propiedades de la galaxia desde las afueras hasta el núcleo de un protocúmulo en z=3,699

Autores: Jun Toshikawa, Stijn Wuyts, Nobunari Kashikawa, Hisakazu Uchiyama, Malcolm Bremer, Marcin Sawicki, Yoshiaki Ono, Mariko Kubo, Kei Ito

Institución del primer autor: Observatorio Astronómico Nishi-Harima, Centro de Astronomía, Universidad de Hyogo, Japón

Estado: Enviado al MNRAS [open access]

Actualmente, los astrónomos que estudian galaxias se enfrentan a una cuestión de naturaleza versus crianza: ¿cómo afecta el entorno de una galaxia a su crecimiento? Esto es especialmente pronunciado en el entorno más extremo en el que puede encontrarse una galaxia: una cúmulo de galaxias, o un gran grupo gravitacionalmente unido de cientos a miles de galaxias. Las galaxias en cúmulos tienen propiedades distintas de las galaxias fuera de los cúmulos, lo que sugiere que crecieron de diferentes maneras. Por ejemplo, en el universo más local (corrimientos al rojo < 0,5, o hace menos de 5 mil millones de años), las galaxias en cúmulos han dejado casi por completo de formar nuevas estrellas debido a los efectos de estar en un entorno tan denso. No está tan claro exactamente cuándo comienzan estos efectos y cómo funciona la formación de estrellas en los cúmulos antes de este momento.

Construyendo una comunidad galáctica

En el artículo de hoy, los autores retroceden en el tiempo hasta las primeras etapas de la formación de cúmulos de galaxias: investigan un protocúmulo con corrimiento al rojo 3.699 (hace 11 mil millones de años). Un problema con el estudio de los protocúmulos es que son muy difíciles de encontrar: encontrar galaxias agrupadas en las tres dimensiones requiere un estudio extenso y detallado de las galaxias. Es sencillo encontrar galaxias que aparecen cerca una de otra en el cielo (en las dos dimensiones angulares), pero la dimensión radial o de línea de visión es mucho más difícil. Esto se debe a que el método típico para encontrar la distancia a una galaxia es utilizar su corrimiento al rojo, que se calcula a partir de líneas espectrales en la galaxia y, por lo tanto, requiere espectros. Desafortunadamente, realizar un estudio espectroscópico de gran tamaño lleva mucho tiempo (y es caro).

Encontrar protoclusters

Una forma en que los astrónomos solucionan esto es utilizando un fotométrico técnica conocida como la método de abandono (por ejemplo, este astrobite), que aprovecha el hecho de que el Radiación UV emitida por una galaxia distante es absorbido por hidrógeno neutro en su camino hacia la Tierra. Debido a este efecto, cuando observas una galaxia desde la Tierra en imágenes de banda ancha en longitudes de onda cada vez más cortas, parece desaparecer repentinamente. Esta “caída” ocurre en una longitud de onda muy específica, por lo que puede usarse para estimar el corrimiento al rojo de una galaxia. La técnica sólo requiere imágenes (‘fotometría’), por lo que es mucho más económica.

El seguimiento

El artículo de hoy es en realidad una continuación de un estudio fotométrico abandonado: los autores identificaron 210 galaxias que parecían estar agrupadas en un estudio fotométrico anterior. En este artículo, describen los resultados de retroceder y medir cada una de esas galaxias espectroscópicamente. Ellos usan un espectrógrafo multiobjeto instrumento en el Telescopio Keck y apuntar al Hidrógeno Lyman-alfa (Lyα) línea de emisión. Detectan líneas de emisión en 68 de las 210 galaxias de su muestra. De ellos, 13 tienen un corrimiento al rojo extremadamente cercano, con una diferencia de menos de 0,05. La probabilidad de que esto suceda por casualidad con un corrimiento al rojo de 3,699 es inferior al 0,5%. El grupo se muestra en la Figura 1.

Figura 1: El protocúmulo. El mapa de colores muestra la densidad de galaxias en el estudio abandonado y los puntos muestran galaxias que se observaron espectroscópicamente. Los puntos rojos son las 13 galaxias que pertenecen al protocúmulo, mientras que los puntos blancos son galaxias que tenían líneas de emisión espectroscópicas pero que no estaban lo suficientemente cerca como para pertenecer al protocúmulo. Los pequeños puntos negros no se han detectado. Figura 1 de Toshikawa et al. 2024.

Investigando la comunidad

Después de encontrar estas galaxias, los autores comienzan a observar sus relaciones entre sí. En particular, investigan dos cantidades: la ultravioleta magnitud de la galaxia (qué tan brillante es en longitudes de onda ultravioleta) y la ancho equivalente (una medida de la intensidad de la línea espectral) de la línea de emisión Lyα. Buscan correlaciones en estas cantidades en función de dos indicadores diferentes del entorno de las galaxias: la distancia de la galaxia al centro del protocúmulo (Hija), y la distancia de la galaxia a su vecino más cercano (EM). Los gráficos de estas relaciones se muestran en la Figura 2.

Figura 2: Relaciones entre las galaxias del protocúmulo y sus entornos medidas por la distancia al centro del protocúmulo (fila superior) y la distancia a la galaxia vecina más cercana (fila inferior). La distancia al vecino más cercano muestra una correlación más estrecha con las propiedades de ambas galaxias que se muestran aquí. Figura 7 de Toshikawa et al. 2024.

Hablando con tus vecinos

La conclusión aquí es muy interesante: para un clúster en una etapa tan temprana de su ciclo de vida, en realidad lo que importa no es la distancia al centro del clúster. En cambio, las propiedades de la galaxia se correlacionan con la distancia del vecino más cercano. Esto sugiere que los autores han captado este cúmulo demasiado pronto como para que el cúmulo general de galaxias importe tanto. En cambio, las galaxias se afectan entre sí directamente. Si este resulta ser el caso en general, significaría que la actividad de formación estelar es más sensible al entorno de pequeña escala que rodea a la galaxia que al cúmulo en su conjunto, al menos mientras el cúmulo se está formando. Esto respalda una imagen ascendente o jerárquica de cómo se forma el universo.

Se trata de estadísticas todavía muy pequeñas (sólo se han detectado 13 galaxias) y se trata sólo de un protocúmulo. Es demasiado pronto para decir si esto está sucediendo en todas partes, y los próximos pasos obvios para los autores incluyen explorar esta relación en otros protoclusters. Aún así, esta es una mirada interesante a cómo las galaxias se comunican entre sí mientras forman las estructuras más grandes del universo.

Astrobite editado por William Smith

Crédito de imagen destacada: NGC 1300: NASA, ESA y The Hubble Heritage Team STScI/AURA), NGC 4414: The Hubble Heritage Team (AURA/STScI/NASA); Sede de la NASA: las mejores imágenes de la NASA (NASA-HQ-GRIN)

Acerca de Delaney DunneSoy estudiante de doctorado en Caltech, donde estudio cómo se forman y evolucionan las galaxias mediante el mapeo de su gas molecular. Hago esto usando COMAP, un experimento de mapeo de intensidad de línea de radiofrecuencia con sede en Owens Valley de California.

2024-05-02 19:02:33
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