¿Por qué la metalicidad de las galaxias elípticas es baja?

No es cierto que las galaxias elípticas (o de tipo primitivo) sean pobres en metales. Esto suena como un mito de ciencia pop que se está propagando. La primera línea del resumen de Pipino y Matteucci (2006) afirma que "las galaxias elípticas probablemente albergan las poblaciones estelares más ricas en metales del Universo". Por lo tanto, su sospecha de la idea de que "las elípticas son pobres en metales" está bien fundada.

Las mediciones de las metalicidades de las galaxias y los gradientes de metalicidad han existido durante décadas y muestran que las elípticas obedecen a relaciones de escala bastante simples entre masa, luminosidad, velocidad de dispersión y metalicidad.

En términos de metalicidad, las elípticas masivas con mayores velocidades de dispersión son un poco más ricas en metales que el Sol, mientras que las galaxias más pequeñas pueden tener la mitad de la metalicidad solar. El rango es mucho mayor para las galaxias espirales. Además, existe una tendencia a que las elípticas más antiguas tengan metalicidades más altas. Se pueden ver ejemplos de estas tendencias en Graves & Faber (2010) y Li et al. (2018) .

El gráfico central aquí (tomado de Graves & Faber 2010) muestra cómo la metalicidad de las galaxias varía con su velocidad de dispersión estelar (un indicador de su masa). [Z/H] es una escala logarítmica de base 10 donde 0.0 significa la metalicidad del Sol y -1 sería una décima parte de la metalicidad del Sol. Puede ver que las galaxias elípticas (rojas) tienen un rango relativamente estrecho de metalicidades, que la mayoría son tan ricas en metales como el Sol, que las elípticas menos masivas tienen menor metalicidad y que las espirales (azules) tienen un rango mucho mayor de metalicidades.

Las razones detrás de estas tendencias aún se debaten. Pero como señalas correctamente, es probable que las elípticas se formen a partir de fusiones de objetos que ya han estado formando estrellas de forma activa. Por lo tanto, no se espera necesariamente una baja metalicidad. Mucho depende de cuánto gas enriquecido de la eyección de poblaciones estelares anteriores (de mayor masa) se retiene dentro de la galaxia. Las galaxias de mayor masa con potenciales gravitacionales más profundos pueden retener más de ese gas enriquecido.

Las galaxias elípticas no tienen regiones de alta densidad, por lo que ya no forman estrellas. Entonces, todas las estrellas en una galaxia elíptica son estrellas viejas y, como usted dice, tienden a tener una metalicidad baja (en realidad, como se señaló, eso no parece ser cierto, tienen una metalicidad más alta, presumiblemente debido a la formación de estrellas viejas no ocurre más tiempo). Tienes razón en que podrían haber tenido una formación estelar activa en el pasado distante, pero terminó hace mucho tiempo. Las galaxias espirales como la Vía Láctea han estado formando nuevas estrellas durante toda su historia, por lo que tienen más oportunidades de aumentar la metalicidad actual, pero parecen estar comenzando a retrasarse, como se señaló anteriormente.