1. ¿Qué es CALIFA?

El proyecto CALIFA nace con una idea sencilla pero ambiciosa: tratar de comprender los procesos que gobiernan la evolución y la formación de las galaxias; al menos, las galaxias del entorno que nos rodea.
Cuando en ciencias de la salud se quieren estudiar las propiedades de una población o del ser humano en su conjunto es necesario obtener una muestra representativa, de manera que no haya sesgos a la hora de obtener sus características generales. En nuestro caso ocurre igual: la muestra debe ser homogénea y cada tipo de galaxia tiene que estar bien representado. Con esto en mente, el proyecto diseñó una muestra que comprendía alrededor de seiscientas galaxias del universo local, con resdshift entre 0.005 y 0.03, esto es, galaxias a una distancia de entre 65 y 425 millones de años luz. Esta selección viene también determinada por los parámetros del “ojo” de CALIFA, el telescopio de 3.5 metros de Calar Alto y su instrumento PPAK/PMAS, de manera que cada galaxia de la muestra entre en su campo de visión.

UN LEGADO PARA LA COMUNIDAD

Y para hacerlo todavía más especial, CALIFA está pensado como un proyecto de tipo legado, es decir, todos los datos obtenidos a lo largo de estos años son puestos libremente a disposición de la comunidad científica, haciendo de CALIFA un proyecto único y, hasta la fecha, el mayor muestreo de este tipo jamás completado. La distribución de los datos se ha realizado a la largo de los últimos  años en tres distribuciones en las que los cubos de datos están listos para ser usados. Esto implica proporcionar al usuario toda la información detallada de las observaciones y la calibración y procesado de los datos, así como un control de calidad de los mismos. Desde el IAA se han supervisado estos procesos en las tres distribuciones y liderado la segunda de ellas, a través de sus observaciones, obtenidas gracias a la profesionalidad del personal del observatorio de Calar Alto, y la calibración y distribución de datos, entre otras tareas y aportaciones.

EL OJO DE CALIFA

PPAK/PMAS es un instrumento muy especial debido a la técnica que usa. Hasta ahora, los muestreos de galaxias se habían realizado usando técnicas de imagen, que aportan un gran detalle sobre la morfología y distribución espacial, o de espectroscopía, esto es, la descomposición de la luz en sus diferentes frecuencias, que permite obtener parámetros físicos y propiedades químicas pero a costa de no tener detalle espacial. El instrumento del telescopio de 3.5 metros hace posible combinar los beneficios de ambas en lo que se viene a llamar espectroscopía de campo integral o, comúnmente, espectroscopía 3D. Con un solo apuntado, las fibras ópticas de PPAK pueden cubrir la galaxia en toda su extensión y obtienen imágenes que se reconstruyen a partir de la información espectral en los diferentes rangos de energía. Así se crea lo que se viene a llamar un “cubo” de datos (dos dimensiones espaciales, más la frecuencia de la luz, de ahí su apodo 3D), con más de dos mil espectros por galaxia. El rango de observación del instrumento comprende el óptico, entre 3700 y 7200 Ångstroms, desde el violeta hasta el rojo. Esta técnica, unida a su gran campo de visión, convierte a PPAK en uno de los pocos instrumentos en el mundo con estas características.

2. CIENCIA CON CALIFA DESDE EL IAA

¡PALEONTOLOGÍA GALÁCTICA!

Gracias a la abrumadora colección de datos de CALIFA, la colaboración ha producido resultados científicos fascinantes. Desde el IAA en particular, el grupo de análisis de poblaciones estelares ha liderado importantes trabajos en este campo. Para poder comprender el origen de la diversidad observada en las galaxias, así como las propiedades comunes, es necesario estudiar el pasado de las galaxias, es decir, obtener su historia de formación estelar. El grupo de análisis de poblaciones estelares del IAA ha desarrollado nuevas técnicas para el estudio de lo que se suele llamar “paleontología galáctica”. La luz del espectro se descompone en las distintas contribuciones de las diferentes poblaciones estelares, segregando las distintas reliquias del pasado y agrupándolas como si se tratara de fósiles, en distintos grupos de edad y propiedades comunes. Es como analizar una ciudad y estudiar las gentes que la habitan clasificándolas por su edad, lugar de nacimiento, peso, etc. De esta manera podemos saber qué tipo de habitantes estelares hay en cada punto de la galaxia y elaborar un mapa completo de la misma, para obtener finalmente las propiedades generales de toda ella.

LAS GALAXIAS TAMBIÉN CRECEN

Utilizando estas nuevas técnicas se ha podido conocer cómo crecen las galaxias. Uno de los resultados más espectaculares es que las galaxias aumentan su masa creciendo de dentro hacia afuera, esto es, primero se forman las

partes centrales y más tarde, a ritmo más pausado, las partes externas. No solo las distintas partes de las galaxias crecen a un ritmo diferente (más lento de dentro hacia afuera), sino que las galaxias en sí, dependiendo de su tipo y masa, también tienen un ritmo distinto entre ellas, siendo las más masivas las que crecen más rápido. Lo interesante es que, al menos dentro del rango de masas de CALIFA, prácticamente todas muestran esta forma de crecer de dentro hacia afuera.

HULK, O LA MASA DE LAS GALAXIAS

Una forma de entender cómo las galaxias evolucionan reside en agruparlas por tipos y estudiar sus propiedades. Por ejemplo, gracias a las técnicas desarrolladas se puede estimar la masa en estrellas de las galaxias y estudiar su relación con la morfología. En el universo, atendiendo a su forma, encontramos galaxias elípticas, espirales y peculiares. Las elípticas muestran una forma suave con diversas gradaciones elipsoidales; en cambio, en las espirales las estrellas rotan en un disco plano, y en la parte central de la mayoría de ellas existe una agrupación de estrellas conocida como “bulbo galáctico”. CALIFA no solo ha confirmado que las galaxias con un bulbo prominente son las más masivas, sino que además ha podido observar que, en general, las galaxias son más compactas en masa que en luz, siendo un 20% más pequeñas en masa de lo que se ve aparentemente en luz, debido a esta componente central, que es más pronunciada en algunos tipos de galaxias espirales.

LA EDAD DE LAS GALAXIAS

Dentro de la clasificación morfológica de las galaxias espirales, estas se subdividen en varios grupos atendiendo a la forma y compacidad de sus brazos espirales, yendo desde las que tienen brazos bien definidos y cerrados hasta las que poseen brazos muy separados o incluso difusos. Una de las partes más relevantes de esta paleontología galáctica es la posibilidad de elaborar mapas correspondientes a distintos momentos temporales de la galaxia. CALIFA ha confirmado que existe una relación entre la morfología y la edad media de las galaxias, siendo las elípticas las más ancianas y las espirales las más jóvenes; a su vez, las galaxias con brazos más definidos y cerrados y un bulbo más prominente son más viejas que las que tienen brazos más separados o difusos y un bulbo menor. Y no solo eso: dentro de cada galaxia también puede verse una distribución por edades, siendo las partes centrales más viejas que las externas, prueba inequívoca de su crecimiento desde dentro hacia afuera. Curiosamente, la diferencia de edad entre las partes centrales y las externas es más pronunciada para las galaxias del tipo de nuestra Vía Láctea. Cabría añadir que, aunque también hay un escalamiento con la masa, de manera que las galaxias más masivas también son las más viejas, la relación es más intensa con la morfología.

LA TASA DE NATALIDAD DEL UNIVERSO

Gracias a la paleontología galáctica, CALIFA también aporta datos sobre la evolución de cada galaxia en el tiempo, esto es, a qué ritmo se han ido formado las estrellas, pudiendo así obtener el ritmo de nacimiento de estrellas en el universo local. La mayor parte de la formación estelar que vemos a día de hoy tiene lugar en las galaxias espirales y su localización espacial ocurre principalmente en las regiones externas de las mismas, a lo largo del disco. Con esto, CALIFA ha podido estimar que la tasa de natalidad del universo en la actualidad es solo un tercio de lo que era en el pasado y que está ocurriendo en los discos de las galaxias.

3. UNA VISIÓN PANORÁMICA DEL UNIVERSO

Con los datos de CALIFA, miembros de la colaboración han creado mapas bidimensionales de otras propiedades de las galaxias, como la velocidad a la que las estrellas o el gas que las rodea, o la composición química del gas, propiedades que permiten entender aspectos cruciales relacionados con su estructura y evolución, proporcionando una visión panorámica de las galaxias que habitan nuestro universo.