DECam y Gemini South descubren tres pequeñas galaxias de ‘ciudad fantasma estelar’

Newswise — Las galaxias enanas ultradébiles son el tipo de galaxia más débil del Universo. Estas pequeñas estructuras difusas, que normalmente contienen entre unos pocos cientos y miles de estrellas (en comparación con los cientos de miles de millones que componen la Vía Láctea), suelen esconderse discretamente entre los muchos residentes más brillantes del cielo. Por esta razón, los astrónomos han tenido más suerte hasta ahora al encontrarlos cerca, en las proximidades de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

Pero esto presenta un problema para entenderlos; Las fuerzas gravitacionales de la Vía Láctea y la corona caliente pueden extraer el gas de las galaxias enanas e interferir con su evolución natural. Además, más allá de la Vía Láctea, las galaxias enanas ultra débiles se vuelven cada vez más difusas e irresolubles para que las detecten los astrónomos y los algoritmos informáticos tradicionales.

Es por eso que fue necesaria una búsqueda manual y visual por parte del astrónomo David Sand de la Universidad de Arizona para descubrir tres galaxias enanas débiles y ultra débiles ubicadas en la dirección de la galaxia espiral NGC 300 y la constelación del Escultor. “Fue durante la pandemia” recuerda Sand. “Estaba viendo la televisión y hojeando la Visor de encuestas heredado DESIcentrándose en áreas del cielo que sabía que no habían sido buscadas antes. Fueron necesarias unas horas de búsqueda informal y luego ¡boom! Simplemente salieron”.

Las imágenes descubiertas por Sand fueron tomadas para DECam Legacy Survey (DECaLS), una de las tres encuestas públicas, conocida como DESI Legacy Imaging Surveys. [1]que tomaron imágenes conjuntas de 14.000 grados cuadrados de cielo para proporcionar objetivos para el estudio en curso del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI). DECals se realizó utilizando la cámara de energía oscura (DECam) de 570 megapíxeles fabricada por el Departamento de Energía, montada en el telescopio de 4 metros Víctor M. Blanco de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO) en Chile. , un programa de NSF NOIRLab.

Las galaxias Escultoras, como se las denomina en el artículo, se encuentran entre las primeras galaxias enanas ultra débiles encontradas en un entorno prístino y aislado, libre de la influencia de la Vía Láctea u otras estructuras grandes. Para investigar más a fondo las galaxias, Sand y su equipo utilizaron el telescopio Gemini Sur, la mitad del Observatorio Internacional Gemini, financiado en parte por la NSF y operado por NSF NOIRLab. Los resultados de su estudio se presentan en un artículo que aparece en Las cartas del diario astrofísicoasí como en una conferencia de prensa en la reunión AAS 245 en National Harbor, Maryland.

El espectrógrafo multiobjeto Gemini (GMOS) de Gemini South capturó las tres galaxias con exquisito detalle. Un análisis de los datos mostró que parecen estar libres de gas y sólo contienen estrellas muy viejas, lo que sugiere que su formación estelar fue sofocada hace mucho tiempo. Esto refuerza las teorías existentes de que las galaxias enanas ultra débiles son “pueblos fantasmas” estelares donde la formación de estrellas quedó interrumpida en el Universo temprano.

Esto es exactamente lo que los astrónomos esperarían de objetos tan pequeños. El gas es la materia prima crucial necesaria para fusionarse y provocar la fusión de una nueva estrella. Pero las galaxias enanas ultra débiles simplemente tienen muy poca gravedad para retener este ingrediente tan importante, y se pierde fácilmente cuando son sacudidas por el Universo dinámico del que forman parte.

Pero las galaxias Sculptor están lejos de cualquier galaxia más grande, lo que significa que sus vecinos gigantes no podrían haber eliminado su gas. Una explicación alternativa es un evento llamado Época de Reionización, un período no mucho después del Big Bang cuando fotones ultravioleta de alta energía llenaron el cosmos, potencialmente hirviendo el gas en las galaxias más pequeñas. Otra posibilidad es que algunas de las primeras estrellas de las galaxias enanas sufrieran enérgicas explosiones de supernova, emitiendo material eyectado a hasta 35 millones de kilómetros por hora (unos 20 millones de millas por hora) y expulsando el gas de sus propios anfitriones desde el interior.

Si la reionización es la responsable, estas galaxias abrirían una ventana para estudiar el Universo primitivo. “No sabemos qué tan fuerte o uniforme es este efecto de reionización”. explica Sand. “Podría ser que la reionización sea irregular y no ocurra en todas partes al mismo tiempo. Hemos encontrado tres de estas galaxias, pero eso no es suficiente. Sería bueno si tuviéramos cientos de ellos. Si supiéramos qué fracción se vio afectada por la reionización, eso nos diría algo sobre el Universo temprano que es muy difícil de investigar de otra manera”.

“La época de la reionización conecta potencialmente la estructura actual de todas las galaxias con la formación de estructura más temprana a escala cosmológica”. dice Martin Still, director del programa NSF para el Observatorio Internacional Gemini. “Los DESI Legacy Surveys y las observaciones detalladas de seguimiento realizadas por Gemini permiten a los científicos realizar arqueología forense para comprender la naturaleza del Universo y cómo evolucionó hasta su estado actual”.

Para acelerar la búsqueda de más galaxias enanas ultradébiles, Sand y su equipo están utilizando las galaxias Sculptor para entrenar un sistema de inteligencia artificial llamado red neuronal para identificar más. La esperanza es que esta herramienta pueda automatizar y acelerar los descubrimientos, ofreciendo un conjunto de datos mucho más amplio del que los astrónomos puedan sacar conclusiones más sólidas.

Notas

[1] Los datos de DESI Legacy Imaging Surveys se entregan a la comunidad astronómica a través del Astro Data Lab en el Community Science and Data Center (CSDC) de NSF NOIRLab.

Más información

Esta investigación se presentó en un artículo titulado “Tres galaxias enanas débiles y apagadas en la dirección de NGC 300: nuevas sondas de reionización y retroalimentación interna” que aparecerá en Las cartas del diario astrofísico. DOI: 10.3847/2041-8213/ad927c

El equipo está compuesto por David J. Sand (Universidad de Arizona), Burçin Mutlu-Pakdil (Dartmouth College), Michael G. Jones (Universidad de Arizona), Ananthan Karunakaran (Universidad de Toronto), Jennifer E. Andrews (Observatorio Internacional Gemini /NSF NOIRLab), Paul Bennet (Instituto Científico del Telescopio Espacial), Denija Crnojević (Universidad de Tampa), Giuseppe Donatiello (Unione Astrofili Italiani), Alex Drlica-Wagner (Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi, Instituto Kavli de Física Cosmológica, Universidad de Chicago), Catherine Fielder (Universidad de Arizona), David Martínez-Delgado (Unidad Asociada al CSIC), Clara E. Martínez-Vázquez (Observatorio Internacional Gemini/ NSF NOIRLab), Kristine Spekkens (Queen’s University), Amandine Doliva-Dolinsky (Dartmouth College, Universidad de Tampa), Laura C. Hunter (Dartmouth College), Jeffrey L. Carlin (AURA/Observatorio Rubin), William Cerny (Universidad de Yale), Tehreem N. Hai (Rutgers, Universidad Estatal de Nueva Jersey), Kristen BW McQuinn (Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Rutgers, Universidad Estatal de Nueva Jersey), Andrew B. Pace (Universidad de Virginia) y Adam Smercina (Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial)

NSF NOIRLab, el centro de astronomía óptica-infrarroja terrestre de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., opera el Observatorio Internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canadá, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI–República de Corea), el Observatorio Nacional NSF Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano NSF Cerro Tololo (CTIO), el Centro Comunitario de Ciencia y Datos (CSDC) y NSF – Observatorio Vera C. Rubin del DOE (en cooperación con el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del DOE). Está gestionado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona.

La comunidad científica se siente honrada de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en I’oligam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea en Hawai’i y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y reconocemos el importante papel cultural y la reverencia de I’oligam Du’ag (Kitt Peak) hacia la nación Tohono O’odham, y Maunakea hacia la comunidad Kanaka Maoli (nativos hawaianos).

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