Uno de los factores centrales en la evolución de las galaxias es el ritmo de formación estelar. Algunas galaxias están atravesando un período de formación estelar activa, mientras que otras tienen muy pocas estrellas nuevas. En términos generales, se cree que las galaxias más jóvenes entran en un período de rápida formación estelar antes de establecerse en una galaxia madura. Pero un nuevo estudio ha encontrado algunas cosas interesantes sobre cuándo y por qué se forman las estrellas.

El estudio analizó un tipo de cúmulo de galaxias conocido como cúmulo de galaxias más brillantes (BCG), que son los grupos de galaxias más grandes y brillantes que podemos ver. En este caso, el equipo identificó los 95 cúmulos más brillantes vistos desde el Telescopio del Polo Sur (SPT). Estas galaxias se encuentran en corrimientos al rojo que van desde z = 0,3 a z = 1,7, que abarcan el período del universo desde hace 3,5 a 10 mil millones de años.

Esa es una fracción significativa del tiempo cósmico, por lo que se podría pensar que los datos mostrarían cómo ha cambiado la composición de las estrellas con el tiempo. A un ritmo elevado cuando las galaxias eran jóvenes y había mucho gas y polvo alrededor, y luego a un ritmo bajo cuando gran parte de esa materia prima se había consumido. Pero lo que el equipo descubrió fue que la formación de estrellas dentro de estos cúmulos fue notablemente constante durante miles de millones de años. También encontraron la clave del momento en que se forman las estrellas: la entropía.

entropía Es un concepto sutil y a menudo mal entendido en física. A menudo se describe como el nivel de caos en el sistema, donde la entropía de una taza rota es mayor que la entropía de una taza intacta. Dado que la entropía siempre aumenta, nunca verás una taza desintegrarse espontáneamente. Pero, en realidad, la entropía puede describir una variedad de cosas, desde el flujo de calor hasta la información necesaria para describir un sistema.

Una cosa a tener en cuenta es que en una región del espacio la entropía puede disminuir, mientras que en otras regiones aumenta. El ejemplo más común es su refrigerador. El interior de su refrigerador puede estar mucho más fresco que el resto de su cocina porque la energía eléctrica bombea el calor lejos de él. Lo mismo se aplica a la vida en la Tierra. Los organismos vivos tienen una entropía relativamente baja, lo cual es posible gracias a la energía que obtenemos del sol. Un efecto similar puede ocurrir dentro de los cúmulos de galaxias. Cuando el gas y el polvo colapsan sobre sí mismos gracias a la gravedad, la entropía interna puede disminuir. El material se vuelve más denso y frío con el tiempo, por lo que pueden comenzar a formarse estrellas.

A primera vista, esto parece obvio. Por supuesto, las estrellas pueden formarse cuando hay mucho gas frío y polvo alrededor. Así es como funciona. Pero lo que el equipo descubrió es que no existe una temperatura o densidad específica a la que se forman las estrellas. Estos factores se relacionan entre sí de diferentes maneras, pero la clave es la entropía general. Una vez que la entropía dentro del cúmulo cae por debajo de un nivel crítico, las estrellas comienzan a formarse. Descubrieron que este nivel crítico puede alcanzarse en miles de millones de años, razón por la cual la formación de estrellas en todos estos cúmulos es notablemente estable.

Es un resultado importante porque muestra que en lugar de encontrar cuánto gas y polvo hay dentro de una galaxia, o si está a una temperatura lo suficientemente fría, sólo necesitamos medir la entropía de la galaxia. Cuando esta entropía sea correcta, brillarán nuevas estrellas.

referencia: Calzadilla, Michael S., et al. «Primer estudio espectroscópico SPT-Chandra BCG: Evolución del umbral de entropía para el enfriamiento y la retroalimentación en cúmulos de galaxias durante los últimos 10 años.» preimpresión de arXiv arXiv:2311.00396 (2023).