Descubren la presencia de rotación en tres galaxias esferoidales enanas

Un equipo internacional de astrofísicos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), la Universidad de La Laguna (ULL) y el Space Telescope Science Institute (STScI, EE.UU.) ha descubierto la presencia de rotación transversal (en el plano del cielo) en tres galaxias esferoidales enanas, un tipo de galaxias muy poco luminosas y difíciles de observar que orbitan alrededor de la Vía Láctea, lo que ayudará a trazar su historia evolutiva. El hallazgo ha sido posible gracias a los últimos datos proporcionados por el satélite Gaia, de la Agencia Espacial Europea (ESA). Los resultados de este estudio acaban de ser publicados en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Las galaxias enanas tienen un marcado interés cosmológico. El modelo cosmológico estándar propone que estas galaxias habrían sido las primeras en formarse. Muchas de ellas, la mayoría, habrían sido destruidas y canibalizadas por las grandes galaxias, como la Vía Láctea. Sin embargo, las que perduraron se pueden estudiar en la actualidad y contienen una valiosa información sobre el Universo primitivo.

Una subclase de las galaxias enanas son las galaxias esferoidales enanas. Son muy difusas, con muy baja luminosidad y contienen grandes cantidades de materia oscura y escasa o nula presencia de gas. Desde su descubrimiento han sido estudiadas en profundidad. Sin embargo, su cinemática interna continúa siendo poco conocida debido a las dificultades técnicas que entraña su estudio detallado.

La variedad de estudios realizados hasta la fecha considera que las esferoidales enanas no tienen patrones de rotación interna, sino que sus estrellas se mueven en órbitas aleatorias, sin un esquema definido. Sin embargo, las galaxias que integran la otra gran subclase de enanas, las irregulares, contienen gran cantidad de gas, y en algunos casos, sí presentan rotación interna. Esto estaría apuntando hacia un origen diferenciado entre ambos tipos de enanas o hacia una historia evolutiva muy diferente en la que las interacciones con las grandes galaxias, en nuestro caso la Vía Láctea, habrían desempeñado un papel crucial para eliminar la rotación interna de las esferoidales.

Por ello, con el fin de llevar a cabo esta investigación el equipo de astrofísicos del IAC y el STScI ha utilizado los últimos datos suministrados por la misión Gaia, de la ESA, para estudiar la cinemática interna de seis galaxias esferoidales enanas, satélites de la Vía Láctea, y ha descubierto la presencia de rotación transversal (en el plano del cielo) en tres de ellas: Carina, Fornax y Sculptor. Estas serían las primeras detecciones de este tipo de rotación en galaxias enanas esferoidales, si se exceptúa la esferoidal de Sagitario, fuertemente distorsionada por el potencial gravitatorio de la Vía Láctea y, por lo tanto, no representativa como caso típico.

“La importancia de este resultado radica en el hecho de que, en general, la cinemática interna de las galaxias, en este caso la rotación, es una traza muy importante de su historia evolutiva y de las condiciones en las que se formó el sistema”, explica Alberto Manuel Martínez-García, estudiante de doctorado del IAC y la ULL y autor principal del trabajo.

“Aunque el modelo estándar de la Cosmología apunta a que las galaxias enanas son las primeras en formarse, no está claro si son sistemas simples o si, a su vez, las que observamos ahora proceden del agrupamiento de otros sistemas más simples, pequeños y más antiguos. La presencia de rotación apuntaría a esta segunda opción. Por otra parte, señala también hacia un origen común de todas las galaxias enanas, tanto las que en la actualidad son ricas en gas (irregulares) como las que no (esferoidales)”, indica Andrés del Pino, investigador del STScI y coautor del estudio.

“El satélite Gaia ha revolucionado nuestro conocimiento de la Vía Láctea y su vecindad, proporcionando mediciones muy precisas de las posiciones y movimientos de casi dos mil millones de estrellas. Aunque los datos de Gaia se usan mayoritariamente para el estudio de nuestra galaxia, esta misión de la ESA ha abierto también una nueva ventana al estudio de galaxias satélites de la Vía Láctea, dando acceso, en particular, a información sobre la cinemática interna de las mismas”, señala Antonio Aparicio, investigador del IAC y la ULL y coautor del trabajo.

No obstante, según los investigadores, los estudios basados en datos de Gaia conllevan múltiples dificultades técnicas. En primer lugar, es necesario determinar qué estrellas de la base de datos pertenecen a las galaxias satélites y cuáles a la propia Vía Láctea, siendo, por lo tanto, contaminantes de la muestra. El problema es que, aunque se limiten los datos analizados a la región y tamaño de la esferoidal que se está estudiando y que es equivalente a una cuarta parte del tamaño angular de la Luna, la inmensa mayoría de las estrellas detectadas en esa área pertenecen a la Vía Láctea y están contaminando la muestra de interés.

Por otro lado, la lejanía de las esferoidales estudiadas, que están hasta alrededor de medio millón de años luz, y la baja luminosidad intrínseca de sus estrellas implican que las mediciones estén afectadas por un nivel de ruido considerable. Por todo ello, el análisis de los datos requiere un concienzudo filtrado y un análisis en profundidad de los distintos parámetros observacionales para poder llegar a resultados concluyentes.

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En el equipo de investigadores del estudio, que forma parte de la tesis doctoral de Alberto Manuel Martínez- García, participan también Andrés del Pino Molina (STScI, director de tesis), Antonio Aparicio Juan (IAC-ULL, director de tesis), Roeland P. van der Marel (STScI, Centre for Astrophysical Sciences, de la Universidad Johns Hopkins) y Laura L. Watkins (Misión Aura para la ESA, STScI).

Artículo: Alberto Manuel Martínez-García, Andrés del Pino, Antonio Aparicio, Roeland P. van der Marel, Laura L. Watkins. “Internal rotation of Milky Way dwarf spheroidal satellites with Gaia Early Data Release 3”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 8 de julio de 2021. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab1568