Galaxias gigantes: colisiones, fusiones y absorción

Fusión de galaxias — Danza cósmica y fuerzas de marea. La majestuosa galaxia espiral NGC 1532 (vista de canto) sufre la influencia gravitatoria de su pequeña vecina, la galaxia lenticular NGC 1531, visible justo por encima de su bulbo central.
Fuente de la imagen: ESO/IDA/Danish 1.5 m/R.Gendler and J.-E. Ovaldsen (nueva ventana)

Resumen científico

El artículo de Astronoo presenta el canibalismo galáctico, un proceso por el cual una galaxia masiva absorbe galaxias más pequeñas bajo el efecto de la gravedad. Las observaciones de los grandes telescopios y de los relevamientos sistemáticos revelan corrientes estelares, colas de marea y halos extendidos, firmas de fusiones pasadas o en curso. La fricción dinámica y el stripping de marea arrancan progresivamente las estrellas y el gas de los satélites, que espiralan hacia el centro de la galaxia anfitriona. El modelo ΛCDM predice este crecimiento jerárquico, confirmado por la historia de la Vía Láctea y de Andrómeda, que han absorbido numerosas galaxias enanas.

¿Cómo transforman las colisiones y la absorción de galaxias a ciertas galaxias en gigantes?

Este artículo está dedicado al canibalismo galáctico, el proceso por el cual una galaxia masiva atrae, deforma y luego absorbe galaxias satélites bajo el efecto de la gravedad. Pero ¿cómo transforman estas colisiones y absorciones a ciertas galaxias en gigantes? La respuesta reside en la jerarquía cósmica: las galaxias más masivas se construyeron por fusiones sucesivas, aportando cada absorción estrellas, gas y materia oscura. Las fuerzas de marea gravitatorias estiran la galaxia satélite, que pierde progresivamente sus estrellas en forma de corrientes estelares, mientras que la fricción dinámica la hace espiralar hacia el centro de la galaxia anfitriona. Este fenómeno modifica la morfología, el perfil de densidad y la composición química de la galaxia dominante, y deja firmas observables como los halos extendidos, las conchas estelares o los núcleos múltiples. El modelo ΛCDM predice este crecimiento jerárquico, confirmado por la historia de la Vía Láctea, que ha absorbido varias galaxias enanas, y por la de Andrómeda y sus satélites. El artículo detalla los mecanismos en juego, las pruebas observacionales y los ejemplos más notables de estas fusiones galácticas.

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Mecanismos del canibalismo galáctico

Un proceso de crecimiento gravitatorio

El canibalismo galáctico es un proceso astrofísico por el cual una gran galaxia atrae y absorbe galaxias más pequeñas bajo el efecto de la gravedad. Este fenómeno contribuye al crecimiento de las galaxias gigantes y a la formación de halos estelares extendidos.

Deformación por las fuerzas de marea

Las fuerzas de marea gravitatorias deforman y estiran la galaxia más pequeña, provocando la pérdida progresiva de sus estrellas y su gas. La energía cinética se disipa, y los materiales se integran progresivamente en la galaxia dominante, creando flujos estelares y corrientes de materia.

Jerarquía cósmica y modelo ΛCDM

Este mecanismo de jerarquía cósmica, predicho por el modelo ΛCDM, explica cómo las galaxias masivas que observamos hoy se formaron y evolucionaron gracias a fusiones sucesivas con galaxias satélites. Nuestra propia Vía Láctea ilustra perfectamente este proceso, habiendo absorbido varias galaxias enanas a lo largo de su historia.

Proceso de acreción y asimilación

Tres etapas de acreción

La acreción de las galaxias satélites se produce por varios mecanismos. Primero, el stripping de marea arranca las estrellas y la materia oscura de la galaxia satélite, formando corrientes estelares y halos. Luego, la fricción dinámica frena la galaxia satélite, provocando su espiral hacia el centro de la galaxia primaria. Finalmente, la asimilación completa se produce cuando el satélite es dislocado y sus constituyentes son incorporados a la galaxia anfitriona.

N.B.:
El stripping de marea es un proceso astrofísico en el que las estrellas y el gas de una galaxia satélite son arrancados bajo el efecto de las fuerzas de marea gravitatorias ejercidas por una galaxia anfitriona más masiva. Estas fuerzas pueden estirar la galaxia satélite y formar flujos estelares o corrientes de materia observables alrededor de la galaxia dominante. Este mecanismo contribuye a la formación de halos estelares extendidos y a la evolución morfológica de las galaxias.

Consecuencias cósmicas

Modificaciones morfológicas y químicas

Este proceso modifica la morfología, el perfil de densidad y la composición química de la galaxia anfitriona. Las observaciones de galaxias elípticas masivas muestran a menudo firmas de fusiones pasadas, como anillos, arcos y flujos de materia difusos.

Ejemplos notables de canibalismo galáctico y de fusiones

La tabla siguiente presenta varios sistemas galácticos en los que se han identificado interacciones de tipo canibalismo o fusión, con sus principales características observacionales.

Ejemplos notables de canibalismo galáctico y fusiones en el Universo local
Sistema galáctico	Tipo de interacción	Escala temporal	Evidencia observacional	Masa relativa
Vía Láctea - Galaxia enana de Sagitario	Acreción en curso	2-4 mil millones de años	Corrientes de marea, sobredensidad estelar	1:100
Vía Láctea - Galaxia enana del Can Mayor	Acreción reciente	1-2 mil millones de años	Sobredensidad de estrellas gigantes M	1:300
Vía Láctea - Galaxia de Encélado (Gaia-Enceladus)	Fusión mayor pasada	8-10 mil millones de años	Población estelar distinta en el halo	1:4
Galaxia de Andrómeda (M31) - M32	Absorción avanzada	Fusión pasada	Perturbaciones dinámicas, disco grueso	1:50
Galaxia de Andrómeda - Galaxia del Triángulo (M33)	Interacción futura	Colisión prevista en 2-4 G años	Deformación del brazo externo de M33	1:10
Galaxia del Sombrero (M104)	Fusión mayor	1-2 mil millones de años	Halos extendidos, conchas estelares	1:3 (fusión)
Cúmulo de Virgo - Galaxias elípticas	Canibalismo de cúmulo	En curso	Galaxias con núcleo múltiple, corrientes de marea	Variable
NGC 4676 (Los Ratones)	Colisión en curso	150-200 millones de años	Colas de marea extendidas	1:1
Antenas (NGC 4038/4039)	Fusión avanzada	100-200 millones de años	Doble cola, brote de formación estelar	1:1.3
NGC 520	Fusión intermedia	300 millones de años	Disco perturbado, puente de materia	1:1.5
NGC 3256	Fusión de galaxias con brote estelar	400 millones de años	Cola de marea, núcleos dobles	1:1
NGC 1275 (Galaxia de Perseo)	Canibalismo activo con varias galaxias	En curso	Sistemas de filamentos, múltiples núcleos	1:10 a 1:100
Galaxia del Cigarro (M82)	Interacción con M81	100 millones de años	Brote estelar, emisión HI	1:2
NGC 7727	Fusión avanzada	1 mil millones de años	Múltiples conchas, flujos estelares	1:2
ESO 593-8 (Tinker Bell Triplet / IRAS 19115-2124)	Fusión triple en curso	En curso (fase activa)	Tres núcleos galácticos, múltiples colas de marea	1:1.2:2.5

Referencias

FAQ: todo lo que hay que saber sobre el canibalismo galáctico

¿Qué es el canibalismo galáctico?

El canibalismo galáctico es el proceso por el cual una galaxia masiva absorbe una o varias galaxias más pequeñas bajo el efecto de la gravedad. Este fenómeno, previsto por el modelo ΛCDM, contribuye al crecimiento de las galaxias gigantes y a la formación de halos estelares extendidos. Se manifiesta mediante firmas observables como las corrientes estelares, las colas de marea o los núcleos múltiples.

¿Cómo absorbe una galaxia a otra galaxia?

La absorción se desarrolla en varias etapas. Primero, las fuerzas de marea gravitatorias estiran la galaxia satélite y arrancan sus estrellas y su gas (stripping de marea). Luego, la fricción dinámica ejercida por el halo de materia oscura de la galaxia anfitriona frena al satélite, que espirala hacia el centro. Finalmente, el satélite es totalmente dislocado y sus constituyentes son incorporados a la galaxia dominante, modificando su morfología y su composición química.

¿Absorbe la Vía Láctea otras galaxias?

Sí. La Vía Láctea está actualmente comprometida en la absorción de varias galaxias enanas, en particular la galaxia enana de Sagitario y la del Can Mayor, cuyas corrientes estelares se observan en el halo galáctico. También experimentó una fusión mayor hace unos 8 a 10 mil millones de años con Gaia-Enceladus, cuya población estelar distinta fue identificada por la misión Gaia.

¿Qué ocurre cuando dos galaxias de tamaño comparable entran en colisión?

Cuando dos galaxias de masa similar se encuentran, el proceso se califica de fusión mayor. Las fuerzas de marea deforman fuertemente ambas galaxias y desencadenan intensos brotes de formación estelar. Después de varios cientos de millones de años, los dos sistemas se fusionan en una sola galaxia, a menudo elíptica, cuya morfología y cinemática conservan la huella de la colisión.

¿Colisionan las estrellas durante una fusión galáctica?

No, las colisiones directas entre estrellas son extremadamente raras, porque las distancias que las separan son gigantescas en comparación con su tamaño. En cambio, las nubes de gas interestelar chocan con frecuencia, lo que provoca ondas de choque y estimula la formación de nuevas estrellas. Por lo tanto, son las órbitas estelares, y no las estrellas mismas, las que se ven profundamente perturbadas.

¿Se fusionará la Vía Láctea con Andrómeda?

Sí. La galaxia de Andrómeda (M31) se acerca a la Vía Láctea a unos 110 kilómetros por segundo. Las simulaciones prevén un primer encuentro dentro de unos 4 mil millones de años, seguido de una fusión completa que formará una gran galaxia elíptica, a veces apodada "Lactomeda". Las estrellas mismas no chocarán, pero el sistema solar podría ser desplazado hacia otra región de la galaxia resultante.