Modelan y determinan cómo las galaxias de disco evolucionan suavemente

EP | 28/09/2020

Esta ilustración muestra cómo dos órbitas estelares de muestra se dispersan desde órbitas casi circulares por la gravedad de grupos masivos dentro de las galaxias. - THE SLOAN DIGITAL SKY SURVEY

Simulaciones revelan cómo las acumulaciones de gas en las galaxias dispersan algunas estrellas desde sus órbitas, creando eventualmente un suave desvanecimiento en el brillo de muchos discos galácticos.

Investigadores de la Universidad Estatal de Iowa, la Universidad de Wisconsin-Madison e IBM Research tienen estudios avanzados que comenzaron hace casi diez años. Originalmente se enfocaron en cómo los grupos masivos en las galaxias jóvenes afectan las órbitas de las estrellas y crean discos de galaxias con centros brillantes que se desvanecen en bordes oscuros.

Ahora, el grupo es coautor de un nuevo artículo que dice que sus ideas sobre la formación de discos exponenciales se aplican a más que galaxias jóvenes. También es un proceso robusto y universal en todo tipo de galaxias. Los discos exponenciales, después de todo, son comunes en galaxias espirales, galaxias elípticas enanas y algunas galaxias irregulares.

Mediante el uso de modelos realistas para rastrear la dispersión de estrellas dentro de las galaxias, "creemos que tenemos una comprensión mucho más profunda de los procesos físicos que resuelven este problema clave de casi 50 años", dijo Curtis Struck, profesor de Física y Astronomía y autor principal de la nueva investigación.

Los impulsos gravitacionales de cúmulos masivos alteran las órbitas de las estrellas, encontraron los investigadores. Como resultado, la distribución general de estrellas del disco cambia y el perfil de brillo exponencial es un reflejo de esa nueva distribución estelar.

Los hallazgos de los astrofísicos se informan en un artículo recién publicado en línea por Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

El último modelo por computadora es un punto culminante que supera años de mejoras en el modelo, dijo Struck. Los modelos anteriores trataron las fuerzas gravitacionales de los componentes de las galaxias de manera más aproximada y los investigadores estudiaron menos casos.

Los últimos modelos muestran cómo los cúmulos de estrellas y los cúmulos de gases interestelares dentro de las galaxias pueden cambiar las órbitas de las estrellas cercanas. Algunos eventos de dispersión de estrellas cambian significativamente las órbitas de las estrellas, incluso capturando algunas estrellas en bucles alrededor de grupos masivos antes de que puedan escapar al flujo general de un disco de galaxias. Muchos otros eventos de dispersión son menos poderosos, con menos estrellas dispersas y las órbitas permanecen más circulares.

"La naturaleza de la dispersión es mucho más compleja de lo que entendíamos anteriormente", dijo Struck. "A pesar de toda esta complejidad en escalas pequeñas, todavía promedia la distribución de luz suave en escalas grandes".

Los modelos también dicen algo sobre el tiempo que tardan en formarse estos discos de galaxias exponenciales, según el artículo de los investigadores. Los tipos de grumos y densidades iniciales de los discos afectan la velocidad de evolución, pero no la suavidad final del brillo.

La velocidad en este caso es un término relativo porque las escalas de tiempo para estos procesos son miles de millones de años.

Durante todos esos años, e incluso con modelos de galaxias donde las estrellas se distribuyen inicialmente en una variedad de formas, Wu dijo que los modelos muestran la ubicuidad del proceso de dispersión de estrellas a caída exponencial.

"La dispersión estelar es muy general y universal", dijo. "Funciona para explicar la formación de discos exponenciales en tantos casos".

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