Los astrónomos han propuesto por primera vez que pueden reconstruir la "historia de vida" de mil millones de años de una galaxia a partir de una sola observación. Este nuevo método se llama "Arqueología Extragaláctica". El equipo de investigación utiliza inteligencia artificial y las "huellas dactilares" de elementos químicos dentro de las galaxias para escribir "biografías" de galaxias más allá de la Vía Láctea que abarcan la escala de edad del universo.
Una investigación relevante se publicó recientemente en Nature Astronomy. El autor cree que se espera que este trabajo se convierta en la base de una nueva "guía de campo" para comprender cómo se forman, fusionan y evolucionan las galaxias a lo largo del largo tiempo cósmico. Para ello, los investigadores partieron de un caso concreto: analizar las pequeñas diferencias en la distribución de elementos de oxígeno en el interior de la galaxia espiral NGC 1365.
En términos generales, el contenido de oxígeno es mayor en el centro de la galaxia y disminuye gradualmente desde el centro hacia afuera, que es el gradiente de distribución típico de estos elementos más pesados. Pero si hay fluctuaciones anormales en este gradiente, puede significar que la galaxia ha experimentado "eventos de vida" importantes: como el nacimiento de nuevas estrellas o agujeros negros, explosiones de supernovas de estrellas viejas o colisiones y fusiones entre galaxias.
El equipo de investigación construyó alrededor de 20.000 simulaciones de evolución de diferentes tipos de galaxias, cubriendo varios "dolores" que las galaxias pueden experimentar durante su crecimiento, incluida la formación de estrellas, la actividad de los agujeros negros, el movimiento de gas y la evolución de diferentes elementos químicos, etc., y estableció un "trasfondo de vida" completo para estas galaxias simuladas. Luego, el equipo utilizó inteligencia artificial para comparar estos datos simulados con la NGC 1365 observada realmente, buscando escenarios que coincidieran estrechamente con la huella química de la galaxia, infiriendo así su trayectoria evolutiva.
"Podemos reconstruir la historia detallada del crecimiento de una galaxia espiral basándonos únicamente en su huella química actual". Lisa Kewley, primera autora del artículo y directora del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, en una entrevista con Refractor.
El análisis del equipo muestra que la región central de NGC 1365 se formó en el universo temprano, casi remontándose al nacimiento del universo hace 13,7 mil millones de años, y en esta etapa se produjo oxígeno. Durante los siguientes aproximadamente 12 mil millones de años, el gas en los confines exteriores de la galaxia se repuso continuamente a través de colisiones y fusiones con galaxias enanas. El gas exterior se acumuló gradualmente y empujó a la galaxia a crecer. Estas estrellas de galaxias enanas fusionadas también trajeron nuevas fuentes de materia a los bordes exteriores.
Esta es sólo la historia de una galaxia, y el objetivo de la "arqueología extragaláctica" es reconstruir la "historia de la vida" de la gran cantidad de galaxias más allá de la Vía Láctea. Los investigadores esperan encontrar el "registro fósil" de estas galaxias de esta manera: aunque las galaxias no tienen esqueletos como la vida en la Tierra, el gas, el polvo, las estrellas, las estructuras de materia oscura, etc. en su interior han dejado huellas de su larga evolución que se pueden rastrear.
En la investigación tradicional, los astrónomos suelen confiar en el "corrimiento al rojo" para caracterizar la distancia y la edad de las galaxias: cuanto más obvio se desplaza el espectro hacia el extremo rojo, significa que la galaxia está más lejos y se observa la etapa anterior del universo. Esto se debe a que el universo en su conjunto se está expandiendo y las galaxias más primitivas se están alejando unas de otras a un ritmo más rápido.
El corrimiento al rojo sigue siendo una herramienta importante para medir la edad de las galaxias, pero la "arqueología extragaláctica" intenta responder a un tipo diferente de pregunta: cómo las galaxias se fusionaron, intercambiaron gas y otros materiales durante miles de millones de años, y cómo estos procesos les dieron forma hasta llegar a lo que son hoy. Afortunadamente, la combinación de nuevas tecnologías como la inteligencia artificial, las simulaciones numéricas a gran escala y las observaciones telescópicas de alta resolución han hecho que este ambicioso camino de investigación sea gradualmente factible.
En opinión de Ciuli, NGC 1365 es un caso ideal para realizar este tipo de investigación "arqueológica". "Este estudio muestra que las imágenes finas del oxígeno dentro de una galaxia, si se comparan sistemáticamente con miles de galaxias simuladas, pueden reducir significativamente sus posibles caminos de evolución", dijo.
Por supuesto, NGC 1365 es sólo una de las decenas de miles de millones de galaxias del universo. Los investigadores enfatizaron que el siguiente paso es aplicar el mismo método a más tipos de galaxias y cubrir diferentes secuencias de fusión y ramas evolutivas. Si todo va bien, esperan compilar eventualmente una "guía de campo de galaxias típicas": al igual que ver un pájaro en la Tierra, la gente no sólo puede describir sus características de apariencia actual, sino también inferir su entorno de crecimiento y su proceso de evolución. Los astrónomos también pueden utilizar la "huella química" y la "apariencia" estructural de la galaxia para inferir cuándo y cómo sus estrellas y su gas convergieron en lo que son hoy.
Chiuly señaló que la "arqueología extragaláctica" todavía tiene muchos aspectos que mejorar como una línea de investigación que aún está en sus inicios. "A medida que incorporemos más elementos químicos, más muestras de galaxias y simulaciones más sofisticadas, este método será más poderoso". Dijo, añadiendo que la expectativa a largo plazo del equipo de investigación es utilizar esta nueva herramienta para revelar mejor la historia de las galaxias distantes, no sólo para ayudar a los humanos a comprender la evolución de todo el universo, sino también para darnos una comprensión más clara de la ubicación y el origen de nuestra propia galaxia en el universo.