Galaxias alimentadas por "pajitas cósmicas de refrescos"

En los inicios del universo, las galaxias se formaron a partir de cúmulos de materia

Las simulaciones por ordenador de las galaxias crecen durante miles de millones de años han revelado un escenario probable de cómo se alimentan: una versión cósmica de pajitas espirales de refrescos. Los resultados muestran que las espirales de gas frío - combustible para las estrellas - en los núcleos de las galaxias a lo largo de los filamentos, viajan rápidamente hasta sus "entrañas". Una vez allí, el gas se convierte en nuevas estrellas y las galaxias aumentan de masa. "La formación de la galaxia es realmente caótica", dijo Kyle Stewart, autor principal del nuevo estudio que aparece en la 20ª edición de mayo de la revista Astrophysical Journal. "Utilizamos varios cientos de procesadores de ordenador, durante el tiempo de un mes, para simular y aprender más acerca de cómo funciona este proceso". Stewart, que ahora está en la Universidad Bautista de California en Riverside, California, completó la mayor parte de este trabajo mientras trabajaba en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California En los inicios del universo, las galaxias se formaron a partir de cúmulos de materia, conectados por filamentos en una red cósmica gigante. Dentro de las galaxias, pepitas de gas enfriado y condensado llegan a ser lo suficientemente densas como para provocar el nacimiento de estrellas. Nuestra galaxia espiral de la Vía Láctea y sus miles de millones de estrellas se formaron de esta manera. Modelos anteriores sostenían que, en el nivel de formación de las galaxias, el gas caliente se hundió en los centros de las galaxias creciendo desde todas las direcciones. Se pensaba que las nubes de gas chocaban entre sí, produciendo ondas de choque, que a continuación calentaban el gas. El proceso es similar a la creación de las explosiones sónicas en los aviones, pero en el caso de las galaxias el gas que cae viaja más rápido que la velocidad del sonido, acumulando ondas. Finalmente, el gas se enfría y se hunde en el centro de la galaxia. Se teoriza que este proceso es lento, teniendo un máximo de 8 millones de años. La investigación reciente ha contradicho este escenario en galaxias más pequeñas, y muestra que el gas no se calienta. En su lugar propone una teoría alternativa de "modo frío" para la formación de galaxias, sugiriendo que el gas frío puede canalizarse a lo largo de los filamentos en los centros de las galaxias. Stewart y sus colegas se propusieron poner a prueba esta teoría y resolver los misterios de cómo obtienen las galaxias el gas frío, así como la velocidad a la que se mueven en espiral.

Como tomaría miles de millones de años ver formarse una galaxia, el equipo simuló el proceso usando superordenadores en el JPL, el Centro de Investigación Ames de la NASA en Moffett Field, California, y la Universidad de California, Irvine. Ejecutaron cuatro simulaciones diferentes de la formación de una galaxia como la Vía Láctea, desde sólo 57 millones de años después del Big Bang hasta nuestros días. Las simulaciones se iniciaron con los ingredientes de partida de las galaxias - hidrógeno, helio y materia oscura - y luego dejaron que las leyes de la física se encargaran de crear sus obras maestras galácticas. Son necesarios superordenadores debido al enorme número de interacciones. "Las simulaciones son como un gigantesco juego de ajedrez", dijo Alyson Brooks, un co-autor del estudio y experto en simulaciones de galaxias en la Universidad de Wisconsin, Madison. "Por cada punto en el tiempo, tenemos que encontrar la manera de que una partícula dada - nuestra pieza de ajedrez - deba moverse sobre la base de las posiciones de todas las otras partículas. Hay decenas de millones de partículas en la simulación, por lo que averiguar cómo afectan a cada partícula las fuerzas gravitacionales lleva mucho tiempo". Cuando las mezclas de galaxias estaban listas, los investigadores inspeccionaron los datos a la búsqueda de nuevas pistas sobre cómo caían los gases fríos en los centros de galaxias. Los nuevos resultados confirman el flujo de gas frío a lo largo de los filamentos y muestran, por primera vez, que el gas está girando en torno más rápido de lo que se creía anteriormente. Las simulaciones también revelaron que el gas se está abriendo camino a los centros de las galaxias más rápidamente que lo que ocurre en el "modo caliente" de formación de galaxias, de cerca de 1 millones de años. "Hemos encontrado que las estructuras filamentosas con que se construyen las galaxias son fundamentales para la forma en que se acumulan con el tiempo, enroscando gas en forma eficiente", dijo Leonidas Moustakas, un co-autor en el JPL. Los investigadores también analizaron la materia oscura - una sustancia invisible que representa aproximadamente el 85 por ciento de la materia del universo. Las galaxias se forman a partir de trozos de materia normal, la llamada materia bariónica que se compone de átomos y la materia oscura. Las simulaciones muestran que la materia oscura está girando a un ritmo más rápido a lo largo de los filamentos en espiral en los centros de las galaxias. Los resultados ayudan a responder un acertijo en la astronomía sobre galaxias con grandes discos extendidos de material girando alrededor de ellas, lejos de sus centros. Los investigadores no entienden cómo el material exterior podría estar girando tan rápido. El "modo frío" permite esta rotación rápida, encajando otra pieza del rompecabezas en el rompecabezas de cómo crecen las galaxias. "El objetivo de la simulación de las galaxias es comparar lo que los telescopios observan y ver si realmente entendemos cómo se ha construido una galaxia", dijo Stewart. "Nos ayuda a tener sentido del universo real".