Cronometrando el pasado

Para averiguar la edad de un árbol basta con contar los anillos que han ido engrosando su tronco año tras año. Para saber cuándo falleció una persona momificada es posible usar técnicas de datación mediante carbono 14. Para constreñir la evolución geológica de un lugar uno puede acceder a una sección transversal y analizar las diferentes capas de sedimentos. Cualquiera de estas técnicas, más o menos invasivas, requiere acceso al árbol, a la momia o al terreno. Pero ¿cómo podemos conocer cuándo se formó una lejana e inaccesible galaxia?

En artículos anteriores de Gaveta de Astrofísica se ha contado cómo los “arqueólogos del Universo” observamos espectros de las galaxias y podemos así estimar la edad de las estrellas que las conforman. Pero esto es solo parte de la historia: si desmontamos un palacete del siglo XVI para construir una casa hoy en día, ¿podemos decir que se trata de una casa de nueva construcción? Es nueva, sí, pero los materiales son antiguos y han sido simplemente recolocados… Un orgulloso propietario no dudaría en recalcarlo durante las visitas y las condiciones de mantenimiento también tendrán en cuenta esta circunstancia.

Estos procesos de “recolocación” suceden también en las galaxias. Por ejemplo, el espectro de las partes externas de una galaxia espiral puede indicarnos que las estrellas que están allí “ahora” (cuando la luz fue emitida desde la galaxia, para ser precisos) nacieron hace seis mil millones de años, pero de ninguna manera podemos garantizar que ese nacimiento tuviera lugar in situ. Quizá las estrellas se formaron hace seis mil millones de años en el centro de la galaxia y con el tiempo se han ido moviendo hasta recolocarse en las afueras, donde las vemos. Los astrofísicos no somos capaces de trazar estos movimientos de las estrellas a lo largo de la vida de la galaxia de forma directa, ya que las observaciones nos indican únicamente la distribución estelar “actual”. No nos cansamos de repetirlo: estamos limitados a estudiar fotogramas instantáneos de esa gran película que es la evolución del Universo. Pero la creatividad es una virtud importante en esta profesión y uno de los retos es el buscar formas indirectas para “viajar en el tiempo” y obtener información del pasado a partir de lo que vemos en el presente.

El proyecto TIMER, llamado así por el doble juego de palabras de la traducción del inglés “cronómetro” y las siglas correspondientes a “Datación de Anillos Extragalácticos con MUSE” (“Time Inference with MUSE in Extragalactic Rings”), ha crecido en torno a uno de estos “truquitos” para describir la evolución de las galaxias en el tiempo; en concreto, de las galaxias tipo disco.

La idea, aunque aparentemente sencilla, es pionera en el campo de la Astrofísica Extragaláctica. Partimos de tres hechos conocidos: primero, más del 60% de las galaxias tipo disco desarrollan una estructura de estrellas en forma de barra; segundo, la formación de una barra ocurre solo si el disco de la galaxia está ya formado y es “dinámicamente” estable. Los astrofísicos nos referimos a este momento como al instante de “ensamblaje” del disco y, aunque parezca mentira, no sabemos aún cuándo en la vida del Universo tiene lugar. Averiguarlo tendría importantes consecuencias para entender otros fenómenos que ocurren antes y después de ese momento de formación de los discos; y el tercer hecho conocido es que, salvo procesos violentos ocasionales, todas las galaxias evolucionan “secularmente” mediante una variedad de procesos internos. Sabemos que la presencia de una barra enfatiza algunos de estos efectos en concreto, como por ejemplo la formación de estructuras pequeñas en las partes centrales de la galaxia: barras internas, anillos nucleares o discos internos.

En definitiva, es posible establecer una secuencia temporal: primero ocurre el ensamblaje de los discos, luego la formación de las barras estelares y, por último, la creación de estructuras internas. Tanto los discos como las barras son susceptibles de haber sufrido procesos de migración de estrellas o formación de nuevas estrellas después de que hayan sido formados. La clave es que, en el paradigma de evolución secular actual, las estrellas que pueblan las barras internas y discos internos sí se forman in situ en esas estructuras. Podemos por tanto usar aquellas técnicas espectroscópicas de arqueología del Universo mencionadas anteriormente para medir la edad de las estructuras pequeñas y así, siguiendo la secuencia temporal “disco-barra-estructura interna” hacia atrás, poner límites al momento crucial de ensamblaje de los discos.

Con este objetivo científico por bandera, el proyecto TIMER, liderado por Dimitri Gadotti del Observatorio Europeo Austral (Múnich, Alemania) y en el que participamos cuatro colaboradores de Gaveta de Astrofísica y tres astrofísicos canarios, ha obtenido datos con el competitivo espectrógrafo MUSE, instalado en uno de los Very Large Telescopes del Observatorio Paranal en Chile. Disponemos ahora mismo de espectros para veinticuatro galaxias barradas con anillos nucleares, barras internas y discos internos. MUSE representa la vanguardia de los espectrógrafos disponibles actualmente y proporciona datos de altísima calidad, lo que va ligado en cierta medida a la dificultad de su análisis y también al abanico de posibilidades que ofrece. En el equipo de TIMER ya estamos trabajando para responder la pregunta fundamental, pero por el camino estamos encontrando otros resultados excitantes e inesperados que seguro darán lugar a una prolífica producción científica… y a interesantísimos artículos de Gaveta de Astrofísica. ¡Continuará!