Grupos fósiles de galaxias: ¿Qué son realmente?

Según la teoría hoy día aceptada para la formación y evolución de galaxias, éstas rara vez están completamente aisladas (aunque se conocen algunos casos), sino que forman grupos, cúmulos y super-cúmulos de galaxias. Tras el Big Bang, y una vez el Universo se ha expandido lo suficiente como para permitir el colapso de material por efecto de la gravedad, la materia oscura se agrupa poco a poco formando lo que hoy día conocemos como la estructura a gran escala del Universo (similar a una esponja, ver figura). A continuación, en las zonas de mayor densidad de materia oscura también la materia visible (bariónica) se va agrupando y fragmentando, dando lugar a los primeros cúmulos estelares (al principio) y galaxias de baja masa (después, galaxias enanas). Al principio tendremos una gran cantidad de estos sistemas estelares, sin embargo, pronto empezarán a fusionar para formar las galaxias masivas que observamos hoy día. 

Estructura a gran escala del Universo recreada por la simulación
Illustris. A la izquierda se muestra la distribución de materia 
oscura (rosa donde la densidad es mayor). A la derecha se
muestra la distribución del gas (materia visible, bariónica).

Así, y siguiendo esta formación jerarquizada, las galaxias no se forman aisladas, sino como parte de grupos formados por decenas de sistemas en los que dominan dos o tres galaxias más masivas o incluso cúmulos y supercúmulos (llegando a contener miles de estos sistemas). La Vía Lactea se encuentra en uno de estos grupos, el Grupo Local, formado por unos 60 sistemas y en el que domina nuestra Galaxia, así como M31 y M33.  Si miramos la figura, estos grupos se encontrarían hacia un lado del centro de la imagen ("nudos" principales), centro en el que se formarían los cúmulos y super-cúmulos de galaxias (como el cúmulo de Virgo en el que se encuentra el Grupo Local). Como consecuencia, en los grupos o cúmulos podemos ver galaxias de muy diversos aspectos y luminosidades, desde las realmente brillantes hasta las más débiles.

Sin embargo, no todos los grupos de galaxias son así. Hay algunos que están dominados claramente por una única galaxia muy brillante y masiva mientras que la segunda en brillo es más de 2 magnitudes más débil que ésta. Teniendo en cuenta nuestra anterior explicación sobre cómo se forman los grupos de galaxias, uno podría pensar que en estos casos todas las pequeñas estructuras rápidamente se agruparon formando la galaxia más masiva y que el resto de galaxias se tuvieron que conformar con los restos de esta bestial formación, siendo así mucho menos masivas y menos brillantes. De ahí que a estos sistemas se les llamase "grupos fósiles", porque serían el resultado de una formación galáctica muy temprana, dándonos así pistas de las condiciones del Universo hace millones de años.

Pues bien, un nuevo estudio ha analizado una simulación hecha por ordenador (Illustris) que trata de reproducir una fracción del Universo observable. De esta manera, los astrofísicos juegan un poco a ser dioses ya que pueden tener acceso, no sólo a toda la información actual de ese "universo ficticio", sino también a toda la información pasada. Mediante estas simulaciones, un grupo de investigadores ha concluido que los grupos fósiles no eran más que grupos normales hasta que recientemente (en los últimos 4 mil millones de años) han cambiado. Así, grupos fósiles y normales presentan exactamente la misma evolución al principio de su historia. Sin embargo, en los últimos 4 mil millones de años, unos han evolucionado de manera diferente a los otros. Durante esta última fase de su evolución, los grupos fósiles presentan una ausencia de galaxias enanas y, por lo tanto, las fusiones "pequeñas" no son posibles. Sin embargo, las fusiones que sí son posibles son aquellas que involucran a dos galaxias masivas,  generando así galaxias gigantes. Son precisamente estas grandes fusiones, sumadas a la ausencia de fusiones pequeñas, las que producen que estos grupos estén formados por una galaxia dominadora y un grupo de galaxias algo menores. Por el contrario, los grupos normales sí muestran un buen número de galaxias enanas (así como nuevas que llegan de los alrededores) que permiten las fusiones pequeñas, llevándonos al escenario normal en el que encontramos galaxias de todos los tipos.

Así, el término "fósil" no es correcto, ya que la galaxia supergigante que domina estos sistemas no es de las primeras galaxias formadas (hace 12 mil millones de años) sino que es una galaxia formada recientemente (hace 4 mil millones de años) por la fusión de galaxias masivas como nuestra Vía Láctea.

Para más información:
1- "Are Fossil Groups Early-forming Galaxy Systems?", 2017, Kundert, A, et al., ApJ, 845, 45.
2- "Fossil group origins. V. The dependence of the luminosity function on the magnitude gap", 2015, Zarattinin, S. et al. A&A, 581, A16.