Dos galaxias enanas se fusionan en el universo profundo, un fenómeno extremadamente raro

Científicos del proyecto Calar Alto Void Integral-field Treasury surveY (CAVITY), liderado por la UGR, han hallado una fusión poco común y todavía en curso entre dos galaxias enanas situadas en lo más profundo de un vacío cósmico, una de las regiones menos pobladas del universo. Este descubrimiento ha sido posible gracias a PMAS, el espectrógrafo multifibra del telescopio de 3,5 metros del Observatorio de Calar Alto, situado en Almería.

Las fusiones de galaxias son eventos que desempeñan un papel clave en el crecimiento, cambio y formación de nuevas estrellas. Cuando las galaxias colisionan, las fuerzas gravitatorias provocan intercambios de gas y estrellas, estallidos de formación estelar y alteraciones estructurales.

"Aunque las fusiones masivas han sido ampliamente estudiadas, capturar un evento de este tipo entre galaxias enanas de baja masa es extraordinariamente raro, especialmente en un entorno tan vacío", explica Bahar Bidaran, investigadora posdoctoral de la UGR y autora principal del trabajo.

Por primera vez, este estudio presenta un análisis detallado de un evento de fusión en curso cerca del centro de un vacío cósmico, que involucra a dos galaxias enanas con masas estelares casi iguales. En términos de materia ordinaria (estrellas, gas y polvo) cada una de estas galaxias enanas tiene menos de una vigésima parte de la masa de la Vía Láctea (sin contar la materia oscura).

Las dos galaxias enanas han sido observadas por el equipo de CAVITY con PMAS, el espectrógrafo de múltiples aberturas de Potsdam, instalado en el telescopio de 3,5 metros de Calar Alto, el mayor de Europa continental. Gracias al gran campo de visión de PMAS en su modo de fibras PPAK, ambas galaxias se captaron en una sola toma que abarcó desde la zona central de la fusión hasta sus extremos, muestreados con más de 300 fibras sensibles del paquete PPAK.

Cada una de estas fibras proporciona un espectro que cubre todo el rango de longitudes de onda visibles, lo que permite estudiar los elementos químicos, la edad y las velocidades de la materia en cada uno de los 300 puntos del área muestreada. Es decir, el PMAS ofrece una visión completa de la física involucrada en esta interacción directa y potente entre pequeñas galaxias situadas dentro de un vacío, sin la influencia de un tercer cuerpo.

"Esta fusión es inusual en varios aspectos," detalla Bahar Bidaran. "La mayoría de las fusiones ocurren en entornos densos de grupos de galaxias o involucran pares con masas desiguales. Sin embargo, este sistema no sigue ninguno de esos patrones. Pensamos que la dinámica global del vacío, o quizás una interacción pasada de tres cuerpos con otra galaxia enana cercana, pudo haber desencadenado este encuentro único".

El sistema en fusión posee una masa estelar combinada de poco menos de diez mil millones de masas solares. El equipo científico ha detectado discos gaseosos en rotación y una fuerte emisión de gas ionizado, señales de una explosión de formación estelar probablemente inducida por la fusión. Gracias a la alineación favorable del sistema en la línea de visión, los investigadores han podido medir la masa dinámica de cada una de las galaxias progenitoras.

Además, las imágenes ópticas profundas del telescopio Isaac Newton han revelado una distribución de polvo sorprendente: dos estructuras arqueadas conectadas que podrían haberse formado por frentes de choque generados durante la fusión. Según los datos, ambas galaxias progenitoras eran probablemente de tipo disco y con formación estelar, típicas de aquellas que se encuentran en vacíos cósmicos.

Este descubrimiento abre una ventana para comprender cómo evolucionan las galaxias en entornos de densidad extremadamente baja, lejos de la red cósmica donde ocurren la mayoría de las interacciones galácticas. "Es un hallazgo verdaderamente emocionante que subraya el potencial y el impacto del proyecto CAVITY, cambia nuestra visión sobre las galaxias en los vacíos cósmicos y, en mi opinión, contribuirá significativamente a entender la formación de halos oscuros en el universo primitivo," explica la profesora Isabel Pérez, investigadora principal del proyecto CAVITY y catedrática del Departamento de Física Teórica y del Cosmos de la Universidad de Granada.

Los hallazgos del equipo de CAVITY no solo ofrecen nuevas pistas sobre la formación e interacción de galaxias enanas, sino que también destacan las capacidades del instrumento de campo integral PPAK y del telescopio de 3,5 metros del Observatorio de Calar Alto. El amplio campo de visión y la alta resolución espacial del instrumento resultan claves para detectar las tenues y compactas características de este sistema en fusión, elementos que son casi imposibles de identificar sin observaciones de alta resolución. El trabajo demuestra que instalaciones terrestres como Calar Alto pueden ampliar los límites del conocimiento sobre la evolución galáctica en los rincones más esquivos del universo.

Jesús Aceituno, director del observatorio, añade: "El compromiso de Calar Alto con grandes proyectos y de largo plazo como CAVITY, uno de los tres actualmente en curso en el telescopio de 3,5 m, nos permite abordar retos científicos ambiciosos con un valor real de legado para la comunidad. CAVITY ya publicó su primer conjunto de datos en julio de 2024 con gran éxito, y astrónomos extragalácticos de todo el mundo están deseosos de descargar nuevos espectros PPAK reducidos en futuras publicaciones de datos".