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galaxia de arándanos

Imagen combinada de 40 galaxias Blueberry. Crédito: SDSS y Yang et al. Las galaxias arándano (BB) son galaxias enanas con brotes de formación estelar que tienen tasas de ionizac...

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Imagen combinada de 40 galaxias Blueberry. Crédito: SDSS y Yang et al.

Las galaxias arándano (BB) son galaxias enanas con brotes de formación estelar que tienen tasas de ionización muy altas y algunas de las masas estelares y metalicidades más bajas . [ 1 ] [ 2 ] Son contrapartes más pequeñas de las galaxias guisante verde (GP), pero

  • son más compactas al ser menos de 1/3000 del tamaño de la Vía Láctea ,
  • son menos distantes, existen en entornos de baja densidad que se encuentran dentro del universo local, y
  • tienen luminosidades más bajas . [ 1 ] [ 3 ] [ 4 ] Los BB forman una de las clases más jóvenes de galaxias formadoras de estrellas con edades medias de ~70  Myr. [ 5 ] [ 6 ] Dos BB se encuentran entre las galaxias más pobres en metales conocidas dentro del universo local. [ 1 ]

Las BB fueron nombradas por primera vez en la literatura científica por Yang et al. (2017) como GP que se encontraban a una distancia de corrimiento al rojo z=0,05 o menos, aunque galaxias similares habían sido originalmente nombradas BB en el sitio web Galaxy Zoo . [ 1 ] [ 7 ] [ 8 ] Mientras que Yang et al. identificaron una muestra de 40 BB, se adquirió una muestra mucho mayor utilizando datos del estudio LAMOST DR9. [ 9 ] [ 10 ] Liu et al. encontraron 270 BB, así como GP y "Uvas Púrpura". [ 11 ] [ 12 ] Los investigadores emprendieron un estudio sistemático de las tasas de formación estelar , metalicidades y entornos de las galaxias compactas que tienen diferentes colores debido a las diferentes posiciones de las líneas de emisión en las bandas fotométricas . [ 13 ]

Los BB con corrimiento al rojo z < 0,05 tienen la línea de emisión [O III] λ5007 dentro de la banda g, lo que hace que sus colores sean azules; las uvas púrpuras son aquellas con z > 0,36 con [O III]λ5007 dentro de la banda i y el continuo UV corrido al rojo a la banda g (típicamente corrimiento al rojo 0,05 ≤ z < 0,112); las GP están en el rango de corrimiento al rojo de 0,112 < z < 0,36 y tienen la línea [O III]λ5007 dentro de la banda r. [ 14 ]

Comparación con galaxias de alto desplazamiento al rojo

Los BB, o "guisantes de varios colores", se han estudiado recientemente como análogos de galaxias de alto corrimiento al rojo observadas por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) (por ejemplo, [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] ). Tres ejemplos de esto son:

Diagrama de relaciones de líneas de emisión que muestra dos submuestras de JADES en corrimientos al rojo z ~ 6 y z ~ 8. Crédito: JWST y Cameron et al.
  • "JADES: Explorando las condiciones del medio interestelar a z ~ 5,5–9,5 con espectroscopia ultraprofunda JWST/NIRSpec " (diagrama superior derecho) examina 27 galaxias a altos corrimientos al rojo que fueron observadas con JWST/NIRSpec. [ 19 ] El estudio midió varias líneas de emisión del sondeo ultraprofundo JADES para evaluar las proporciones entre los compuestos químicos identificados y categorizarlos en grupos o "espacios". Las galaxias BB se identifican como análogas locales a estas galaxias JADES, junto con las GP, ya que tienen "propiedades extremas" como metalicidad, baja masa y muy alta ionización. Encuentran que "las galaxias en esta muestra ocupan regiones del espacio de proporciones de líneas que están desplazadas de aquellas habitadas por galaxias típicas a z ~ 0 o z ~ 2, aunque generalmente alineadas con poblaciones de bajo corrimiento al rojo más extremas como los brotes estelares enanos 'arándano' y 'guisante verde'". [ 19 ]
  • En el estudio "Evolución de la relación masa-metalicidad desde el corrimiento al rojo z ≈ 8 hasta el universo local" (Langeroodi et al. 2023), se comparan los BB y GP con una muestra de 11 galaxias del JWST que se encuentran en el corrimiento al rojo z ≈ 8. [ 20 ] Utilizando espectroscopía NIRCam y NIRSpec, se miden las metalicidades y las masas estelares y luego se comparan con análogos de metalicidad extremadamente baja, como los BB. El estudio encuentra que la muestra de z ≈ 8 es generalmente distinta de las galaxias con líneas de emisión extremas o GP, pero es similar en fuertes razones de líneas de emisión y metalicidades a los BB. El estudio encuentra que los BB y GP tienen metalicidades similares a las galaxias de z ≈ 8, pero "A pesar de esta similitud, a una masa estelar fija, las galaxias de z ≈ 8 tienen metalicidades sistemáticamente más bajas en comparación con los BB". [ 20 ]
Izquierda: Tasa de formación estelar (SFR) frente a la masa estelar de las galaxias en la muestra final de NGDEEP. Derecha: Se muestran la SFR y la masa estelar de galaxias a diferentes desplazamientos al rojo. Crédito: Lu Shen et al. y JWST.
  • El estudio "NGDEEP: The Star Formation and Ionization Properties of Galaxies at 1.7 < z < 3.4" (diagrama inferior derecho) utiliza el JWST FGS-NIRISS del Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public (NGDEEP) Survey para investigar una muestra de 178 galaxias formadoras de estrellas en corrimientos al rojo de 1.7 < z < 3.4. [ 21 ] Utilizando espectroscopía sin rendija , los autores seleccionan galaxias con características de emisión de oxígeno e hidrógeno ionizantes. Las BB y GP se utilizan extensamente como galaxias de comparación en corrimiento al rojo z ~ 0 ya que tienen fuertes líneas de emisión "que pueden tener propiedades más similares a las de las galaxias de alto corrimiento al rojo". Además de 36 BB y 43 GP, se utilizan galaxias del SDSS y 45 del Cosmic Origins Spectrograph Legacy Spectroscopic Survey (CLASSY) con corrimientos al rojo similares, todas las cuales tienen mediciones de oxígeno ionizado. Entre sus resultados, descubrieron que:
    • Las galaxias con un corrimiento al rojo z ~ 2–3 tienen proporciones de oxígeno ionizado (O32) comparables o inferiores a las medidas para galaxias extremas en z ~ 0 con masa estelar, SFR, sSFR y EW de Hα y Hβ fijos , lo que indica que estas galaxias extremas en z ~ 0 tienen parámetros de ionización similares o superiores y metalicidad similar o inferior.
    • La muestra NGDEEP de los autores abarca un amplio rango de O32 y masas estelares, "lo que ayuda a cerrar la brecha entre el universo local y el universo z > 5. Encontramos una tendencia evolutiva en O32 y EW(Hβ) desde z ~ 0 hasta z ~ 5, donde las galaxias de mayor corrimiento al rojo muestran un aumento de O32 y EW, con un posible mayor O32 para un EW fijo". [ 21 ]

Estudios adicionales

En "Observaciones de rayos X de galaxias Blueberry" (Adamcová et al. 2024), se estudian los BB utilizando el telescopio espacial XMM-Newton . [ 22 ] Estas observaciones son las primeras en utilizar rayos X y arrojan resultados sorprendentes. [ 23 ] De los 7 BB estudiados, solo se detectaron 2 con emisiones de rayos X significativas, mientras que los 5 restantes se consideran poco luminosos. [ 22 ] Una teoría sobre por qué podría ser esto es que la población estelar de los BB es muy joven y "aún no ha evolucionado lo suficiente como para producir sistemas binarios con una estrella normal emparejada con una estrella de neutrones o un agujero negro , que brillan intensamente en rayos X". [ 23 ]

La galaxia SHOC 579 , obtenida del estudio MaNGA del SDSS (ID de MaNGA: 8626-12704). Crédito: SDSS.

Un enorme BB llamado SHOC 579 ha sido estudiado utilizando el sondeo SDSS MaNGA por Paswan et al. (2022). [ 24 ] [ 25 ] Utilizando datos de MaNGA y una variedad de fuentes como GALEX y Spitzer , se investiga un BB junto a una estructura más antigua con forma de disco. Ambos objetos se encuentran a un corrimiento al rojo z=~ 0,0472. Sus conclusiones (abreviadas y citadas) indican que el BB es:

  • es la más masiva y rica en metales de la que tenemos evidencia observacional directa de una población estelar antigua,
  • la edad de la población estelar es de ~5 Gyr y ~7 Gyr para el componente de arándano y el disco estelar, respectivamente,
  • Las GP y BB en general y sus propiedades extremas de líneas de emisión probablemente se deban a eventos recientes de fuerte brote estelar, potencialmente desencadenados por un proceso de acreción de gas externo,
  • La presencia de estrellas antiguas implica que los mecanismos que permiten el escape de fotones ionizantes en estos objetos locales pueden ser diferentes de los que estaban en juego durante la época de la reionización. [ 24 ]
48 galaxias Blueberry de SDSS y Pan-STARRS. Crédito: SDSS, Pan-STARRS, Kouroumpatzakis et al. 2024, R. Nowell.

En el estudio "FAST HI 21 cm Study of Blueberry Galaxies" (Chandola et al. 2024), se estudian 28 galaxias BB utilizando el Telescopio Esférico de Apertura de Quinientos Metros (FAST) . [ 26 ] La muestra de galaxias BB se observa durante un período de 3 años utilizando FAST para medir el HI, o hidrógeno neutro , mediante la línea espectral de 21 cm . Al determinar los niveles de HI, se puede deducir la tasa de agotamiento de cualquier "reservorio" de HI. Generalmente, cuanto menor es la masa estelar, mayor es la cantidad de HI presente, es decir, que aún no se ha consumido en la formación estelar. Se encontró que dos de las 28 galaxias tienen estos reservorios y, en general, solo el 7% de las 28 tienen una detección de HI, valores inferiores a los de las galaxias de la secuencia principal . [ 26 ]

El estudio "Galaxias arándano hasta 200 Mpc y sus propiedades ópticas e infrarrojas" (Kouroumpatzakis et al. 2024) analiza 48 BB. [ 6 ] Utilizando datos del catálogo HECATE, fotometría de Pan-STARRS , SDSS y ALLWISE , y espectroscopía de MPA-JHU, se identificaron 40 BB previamente conocidas y 8 desconocidas. 14 de las 48 eran del hemisferio sur, menos estudiado. Concluyen que las BB son las fuentes de formación estelar más intensas entre las galaxias enanas del universo local. Son menos masivas, más azules en luz visible y más rojas en el infrarrojo . Las BB "tienen tasas de formación estelar específicas más altas, anchos equivalentes , metalicidades más bajas y el medio interestelar más fuertemente ionizado en comparación con las SFG y GP típicas". [ 6 ]

Galaxia arándano J1509+3731. Crédito: SDSS.

En "Imágenes de H I de una galaxia Blueberry sugieren un origen por fusión" (Dutta et al. 2024), se observa una galaxia BB con el Telescopio de Radio de Ondas Métricas Gigante (GMRT). [ 4 ] Se detecta HI en la galaxia BB J1509+3731 , que se encuentra en un corrimiento al rojo z = 0,03259 (imagen mostrada a la derecha). Se encuentra que el HI tiene un tiempo de agotamiento de 0,2 Gyr, lo que indica una tasa de formación estelar alta en comparación con galaxias compactas azules estándar comparables. Combinando las observaciones de radio con imágenes del DESI Legacy Survey, se muestra que hay un desplazamiento de HI fuera de los límites ópticos como se ve en la imagen DESI. Concluyen que "dicho desplazamiento podría ser un signo de un evento de fusión que también puede desencadenar un estallido estelar" y que, combinado con otros estudios, esto resalta "el papel de las fusiones de galaxias enanas en la fuga de fotones ionizantes y, por lo tanto, su papel en la reionización cósmica ". [ 4 ]

Diagrama de color de banda ancha de Lumbreras-Calle et al. (2022), creado con datos del SDSS. Crédito: Lumbreras-Calle y J-PLUS.

"Emisión de radio continuo de análogos locales de LAE débiles de alto z: galaxias arándano" (Sebastian et al. 2019) estudia el radio continuo de BB utilizando el GMRT. [ 5 ] Los autores encuentran que la tasa de formación estelar de BB se suprime por un factor de ~3 cuando se compara con las líneas de emisión ópticas e infieren que esto podría deberse a:

  • las edades jóvenes de estas galaxias o,
  • la fuga de electrones de rayos cósmicos por difusión o por flujos de salida a escala galáctica.

A partir de la muestra de BBs en Yang et al. (2017), seleccionan un subconjunto de 10 de las galaxias más brillantes. Tras capturar las densidades de flujo de 9 de ellas, las combinaron con imágenes de DECaLS que muestran hasta dónde se extienden las observaciones de radio desde las galaxias visibles. Después de asumir que la masa estelar se acumuló a partir de la actividad de brote estelar, calculan el tiempo desde el inicio de este brote en un rango de 30 Myr a 370 Myr con una mediana de ~70 Myr. Se encuentra que la emisión de radiación sincrotrón es pequeña y que es plausible que la formación estelar en BBs no haya durado lo suficiente como para que se convierta en una fuerza dominante. Concluyen: "En nuestro estudio, no podemos distinguir entre los diferentes escenarios que conducen a la disminución en la emisión del continuo de radio". [ 5 ]

Composición de cuatro imágenes de la galaxia arándano SDSS J0840+4707. Crédito: SDSS, DECaLS, HST, R.Nowell.

Una muestra de galaxias con líneas de emisión extremas (EELG) fue encontrada por un estudio detallado en "J-PLUS: Descubriendo una gran población de emisores [OIII] extremos en el Universo local". [ 27 ] [ 28 ] Usando el Javalambre Photometric Local Universe Survey (J-PLUS) se identificaron 466 EELG a corrimiento al rojo z < 0,06 con EW [OIII] más de 300 Å y una magnitud en banda r inferior a 20, de las cuales 411 eran previamente desconocidas. Usando datos adicionales de WISE , Gaia y SDSS, se encontró una muestra de galaxias mucho más débil que la observada previamente. Entre la muestra de galaxias había BB, lo que resultó en un aumento de diez veces en la densidad de BB conocidas. En el diagrama de la derecha, se muestra que la muestra de galaxias extremadamente pobres en metales (EELG) abarca la región de las galaxias arándano de Yang et al. (2017) (ya que presentan una emisión extrema de [OIII] en nuestro rango de corrimiento al rojo), como se esperaba, pero también abarca el mismo espacio de color que las galaxias extremadamente pobres en metales, tanto a partir de observaciones como de modelos. Entre los resultados, se encontró que las EELG tenían:

  • masas estelares bajas
  • edades muy tempranas
  • metalicidades moderadamente bajas
  • valores de [OIII] EW excepcionalmente altos, todos ellos típicos de galaxias de baja masa con alta actividad de formación estelar.

La muestra de los autores fue "mucho más eficiente que las búsquedas realizadas con sondeos de banda ancha, como las galaxias arándano (Yang et al. 2017) o las galaxias guisantes verdes (Cardamone et al. 2009)". Concluyen que las galaxias EELG que identificaron comparten características que las hacen similares a las galaxias de alto corrimiento al rojo y podrían ayudar a "arrojar luz sobre las propiedades de las galaxias que se formaron en el Universo primitivo". [ 27 ]

Si bien muchas fuentes han identificado a las GP/BB como análogas a las galaxias primitivas, varios estudios han identificado la presencia de una población estelar más antigua en algunos ejemplos, algo que no podría haber sido posible en el universo primitivo. [ 24 ] [ 29 ] [ 30 ]

Terminologías diferentes

Una selección de 10 galaxias de guisantes verdes. Crédito: C. Cardamone y R. Nowell.

Si bien algunos autores continúan denominando a estas galaxias azules compactas de formación estelar con bajo corrimiento al rojo como BB, otros han ampliado los criterios originales para GP y, quizás de forma confusa, llaman a las BB como GP. [ 4 ] Un ejemplo de esto es el estudio "New Insights on Lyα and Lyman Continuum Radiative Transfer in the Greenest Peas" (Jaskot et al. 2019) en el que los objetos azules con corrimientos al rojo muy bajos se denominan GP. [ 31 ] En este estudio, se observan 13 galaxias azules y verdes con varios corrimientos al rojo utilizando el espectrógrafo de orígenes cósmicos (COS) del telescopio espacial Hubble, a partir del cual se producen espectros. Los autores buscan los niveles de los fotones ionizantes del continuo de Lyman que podrían ser importantes al considerar la época de la reionización en el universo temprano. [ 31 ]

En un estudio de 2011, Izotov et al. clasificaron las BB como "galaxias compactas luminosas", pero no se refirieron a ellas por su nombre, afirmando que las galaxias guisante azules, púrpuras y verdes eran el mismo tipo de objeto a distancias entre corrimientos al rojo z=~0,02 a ~0,63. [ 32 ] [ 33 ]

Imagen y espectro combinados de la galaxia Blueberry SDSS J144441.37+040941.7. El espectro muestra altos niveles de oxígeno ionizado [OIII] y elementos como helio, azufre, neón y argón. De Yang et al. 2017. Crédito: SDSS y R. Nowell.

En la publicación: "Actas de la conferencia 'La interacción entre procesos locales y globales en galaxias', Cozumel , México, 2016-4" (Hidalgo-Gámez et al. 2017a), los autores en una presentación adjunta llaman a las galaxias similares a las BB "canicas azules" o a las galaxias Pea púrpuras "canicas púrpuras". [ 34 ] Afirman: "Aunque algunos autores han concluido que las tres son el mismo tipo de galaxias, las hemos estudiado cuidadosamente y hemos descubierto que existen diferencias importantes entre las propiedades, incluidas las relaciones de escala". [ 34 ]

"Abundancias químicas de una muestra de galaxias dominadas por oxígeno" (Miranda-Pérez et al. 2023) busca determinar las abundancias químicas de 88 galaxias de líneas de emisión extremas mediante espectroscopia. [ 35 ] La muestra de 88 galaxias compactas dominadas por oxígeno se tomó de SDSS DR7 y se seleccionó debido a su gran ancho equivalente de [O III]λ5007 (más de 200 Å). Los autores determinaron los niveles de oxígeno , nitrógeno , azufre , neón , argón , hierro y cloro y encontraron una metalicidad media de 12 + log(O/H) ≈ 8. Su muestra contenía objetos que colocaron en 3 conjuntos de color: 23 azules, 29 púrpuras y 36 verdes. Las galaxias presentaban esos colores debido a la posición de la fuerte línea de emisión [OIII] en el espectro SDSS según el corrimiento al rojo del objeto: azul cerca, luego púrpura y verde en el extremo más alejado a un corrimiento al rojo z < 0,35. Se encontró que el 12 % de las galaxias eran extremadamente pobres en metales (XMP). Quedó claro que "existe una falta de evolución en la abundancia química de todos los elementos durante un período tan largo, aproximadamente 4,6 Gyr", mientras que "se espera que las galaxias a alto corrimiento al rojo tengan metalicidades más bajas". [ 35 ]

Véase también «Abundancias químicas de una muestra de galaxias coloreadas» (Hidalgo-Gámez et al. 2017b), [ 36 ] y «Galaxias coloreadas» (Hidalgo-Gámez et al. 2019), presentación en «Galaxias pequeñas, cuestiones cósmicas», Universidad de Durham . [ 37 ]

Galaxias de guisantes morados

Composición de 15 galaxias Purple Pea con imágenes tomadas por el SDSS DR7 Explorer. Crédito: SDSS y R. Nowell.

Las galaxias Guisante Púrpura (PP) son contrapartes de las galaxias Guisante Verde y las galaxias Arándano, a menudo denominadas 'Uvas Púrpura'. [ 9 ] [ 3 ] [ 10 ] La muestra de PP que se muestra en la imagen de la derecha tiene 15 galaxias enanas con brote estelar y fue tomada de una lista en el sitio web Galaxy Zoo. [ 7 ] [ 8 ] Como en otras muestras, estas PP están a una distancia de corrimiento al rojo 0,05 ≤ z < 0,112, lo que las sitúa aproximadamente a la mitad de la distancia entre las GP y las BB. [ 9 ] Las 24 galaxias llamadas 'Canicas Púrpura' en Hidalgo-Gámez et al. 2017a están a una distancia promedio de corrimiento al rojo z = 0,09 y, por lo tanto, caen dentro del rango de las PP. [ 34 ]

pequeños puntos azules

El estudio "Pequeños puntos azules en los campos fronterizos del telescopio espacial Hubble: ¿precursores de cúmulos globulares?" (Elmegreen et al. 2017) examina imágenes de los campos fronterizos paralelos del HST, encontrando galaxias que denominan Pequeños Puntos Azules (LBD). [ 38 ] [ 39 ] En comparación con los BB, los LBD son menos masivos y tienen una tasa de formación estelar específica más alta, lo que sugiere que toda su masa estelar se ha formado en solo el 1% de la edad local del universo. Se consideran análogos de baja masa de los BB. Los autores encuentran 55 LBD entre corrimientos al rojo z=~0,73 y ~4,09 que aparecen como objetos de diferente color debido a su distancia. Sugieren que "objetos como este son los progenitores largamente buscados de los cúmulos globulares de baja metalicidad , que se formaron en galaxias enanas y fueron asimilados a los halos de las espirales y elípticas actuales". [ 38 ]

Véase también

Referencias

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  6. 1 2 3 Kouroumpatzakis, K.; Svoboda, J.; Zezas, A.; Borkar, A.; Kyritsis, E.; Boorman, PG; Daoutis, C.; Adamcová, B.; Grossová, R. (14 de agosto de 2024). "Galaxias arándano hasta 200 Mpc y sus propiedades ópticas e infrarrojas" . Astronomía y Astrofísica . 688 : 18. arXiv : 2405.03391v3 . Bibcode : 2024A y A...688A.159K . doi : 10.1051/0004-6361/202449766 . Recuperado el 18 de abril de 2025 .
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  • «Febrero de 2024: Arándanos y guisantes» - Podcast del Centro de Astrofísica Jodrell Bank con una entrevista sobre arándanos y guisantes verdes (22m45s - 32m43s). Febrero de 2024.
  • ¿Qué son los guisantes verdes? - Artículo sobre los guisantes verdes de la revista BBC Sky at Night. Noviembre de 2024.