Crisol del cúmulo: el bosque aleatorio identifica galaxias reincidentes ✛
La galaxia NGC 4254 se encuentra a un millón y medio de años luz del centro del cúmulo de galaxias de Virgo. Arrastra tras de sí una larga cola de hidrógeno que se enfría, una señal de que se está precipitando a toda velocidad en el medio interestelar caliente. La pérdida de combustible frío extingue la formación estelar. Sin embargo, solo a partir de la cola no se puede determinar si es su primera caída en el medio caliente o si la galaxia ya pasó por el núcleo y está regresando.
Los cúmulos de galaxias son auténticos crisoles. En sus centros, el gas está barrido y la formación estelar está suprimida. En las afueras aún se encuentran espirales azules, pero entre ellas se esconden las «reincidentes»: galaxias que ya atravesaron el núcleo y fueron expulsadas de vuelta por la gravedad. Se ven como novatas, aunque ya han perdido parte de su gas y su halo oscuro. La mezcla de estas dos evolución galáctica rutas evolutivas distorsiona el panorama: sin conocer la órbita, no está claro dónde exactamente el entorno asestó el golpe — en el grupo antes de la caída o ya en el interior del cúmulo.
Para separar novatas y reincidentes, los astrofísicos recurrieron al aprendizaje automático. Entrenaron un clasificador de tipo «aprendizaje automático bosque aleatorio» en 324 detalladas simulaciones numéricas hidrodinámicas de cúmulos (proyecto The Three Hundred). Cada galaxia virtual se describía mediante 14 parámetros observables: distancia al centro, velocidad radial (a partir de espectroscopía), diferencia de brillo de los miembros más brillantes, dirección del movimiento en el cielo, distancia al cuarto vecino. El modelo no requiere el conjunto completo de datos: al aprender las regularidades, construye un bosque de decisiones adaptado a las características que el usuario haya cargado. El umbral de probabilidad se puede ajustar, sacrificando pureza o exhaustividad.
El bosque entrenado con el conjunto completo de características ofrece una precisión global del 84%. Encuentra a las reincidentes con una pureza y exhaustividad de aproximadamente el 75%, y a las novatas con un 88%. En comparación, los métodos tradicionales con límites rígidos en el espacio de fases, con una pureza del 61%, solo detectaban el 40% de las reincidentes. Incluso con solo tres magnitudes básicas — distancia, velocidad radial y diferencia de brillo — el modelo alcanza una precisión del 74%. Añadir la dirección de la velocidad en el cielo eleva la cifra al 81%.
El método se mostró especialmente ilustrativo en el cúmulo de galaxias de Virgo. Diez galaxias con colas de hidrógeno desgarradas en la corona exterior, para las que se pudieron medir las direcciones de movimiento, fueron clasificadas como novatas. Esto significa que el medio interestelar caliente del cúmulo arranca el gas frío casi inmediatamente al entrar, y tras un solo paso por el crisol apenas queda nada.
La herramienta cambia el enfoque del estudio de la evolución galáctica. Ya no es necesario especular qué apagó la formación estelar en las afueras — si un procesamiento previo en el grupo o una quemadura en el núcleo. Las muestras limpias permitirán reconstruir la secuencia de transformación de espirales en lenticulares. Y entonces, NGC 4254 y sus vecinas no son viajeras quemadas, sino debutantes cuya primera cita con el crisol apenas comienza.
Contrariamente a lo esperado, el 91% de las galaxias 'backsplash' en las simulaciones atravesaron el mismo centro del cúmulo —dentro de 0.7 R200— antes de rebotar hacia afuera. No todas llegan a alejarse: solo el 10% 'salpican' más allá de 2 R200.