Las galaxias son inmensas acumulaciones de estrellas, gas —hidrógeno en su mayor parte—, polvo y una misteriosa materia oscura, que se mantienen cohesionadas por la fuerza de la gravedad.
Nuestro Sistema Solar forma parte de una galaxia que denominamos Vía Láctea. El estudio de nuestra galaxia es un campo fundamental de la astrofísica contemporánea, pues su proximidad proporciona un detalle que no se alcanza en otras más lejanas.
La luz que recibimos de la Vía Láctea en todas las longitudes de onda, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma, guarda una información fundamental sobre sus distintos componentes.
Conquistas
En los últimos años se han registrado descubrimientos espectaculares. Por ejemplo, entre otros, astrónomos de las universidades de Ámsterdam y Kentucky recién comunicaron dos hallazgos que dieron nuevas pistas de la estructura de nuestra galaxia: el primero se relaciona con colisiones cósmicas ancestrales que le dieron la forma en espiral que conocemos; y el segundo, con la presencia de rayos cósmicos de alta energía.
Recientemente, con el apoyo de las observaciones del telescopio espacial Gaia, un grupo de astrónomos del Instituto Max Planck de Astronomía de Alemania logró identificar lo que podrían ser dos de los primeros bloques de construcción de la Vía Láctea. Bautizadas como Shakti y Shiva, estas estructuras podrían ser restos de dos galaxias distintas que se fusionaron hace unos doce mil o 13 mil millones de años con las piezas primordiales de la Vía Láctea durante la infancia de la galaxia.
Khyati Malhan, autor principal de la investigación junto a Hans-Walter Rix, ambos científicos del Instituto Max Planck, señala que “en líneas generales nuestro estudio aborda una cuestión muy fundamental de la astrofísica moderna: ¿cómo se forman las galaxias en nuestro Universo?”
Investigación
Cuando las galaxias chocan y se fusionan se producen varios procesos en paralelo. Cada galaxia lleva consigo su propia reserva de gas hidrógeno. Al colisionar, esas nubes de gas hidrógeno se desestabilizan y en su interior se forman numerosas estrellas nuevas. Por supuesto, las galaxias entrantes también tienen ya sus propias estrellas y en una fusión las estrellas de las galaxias se mezclarán.
A largo plazo esas “estrellas agrandadas” también representarán parte de la población estelar de la galaxia combinada recién formada. Una vez completada la fusión podría parecer imposible identificar qué estrellas proceden de cada galaxia predecesora. Pero de hecho existen formas de rastrear la ascendencia estelar.
La ayuda proviene de la física básica. Cuando las galaxias colisionan y sus poblaciones estelares se mezclan, la mayoría de las estrellas conservan propiedades muy básicas, directamente relacionadas con la velocidad y la dirección de la galaxia en la que se originaron. Las estrellas de una misma galaxia antes de la fusión comparten valores similares tanto para su energía como para lo que los físicos llaman momento angular, el momento asociado al movimiento orbital o rotación.
Para las estrellas que se mueven en el campo gravitatorio de una galaxia, tanto la energía como el momento angular se conservan: permanecen invariables a lo largo del tiempo. Las estrellas que se formaron más recientemente contienen más elementos pesados —lo que los astrónomos denominan “metales”— que las estrellas que se formaron hace mucho tiempo. Cuanto menor es el contenido en metales, más temprana es presumiblemente la formación de la estrella. Cuando se trata de identificar estrellas que ya existían hace 13 mil millones de años hay que buscar estrellas con muy bajo contenido en metales o pobres en metales.
Identificar a las estrellas que se unieron a nuestra Vía Láctea como partes de otra galaxia solo ha sido posible desde hace relativamente poco tiempo. Para ello se necesitan grandes conjuntos de datos de alta calidad y el análisis implica cribar los datos de forma inteligente para identificar la clase de objetos buscados.
Tecnología
Este tipo de datos únicamente está disponible desde hace pocos años. El satélite astrométrico Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA) ofrece un conjunto de datos ideal para este tipo de arqueología galáctica de Big Data.
Para su búsqueda actual Malhan y Rix utilizaron datos de Gaia combinados con espectros estelares detallados del Sloan Digital Sky Survey (DR17). Estos últimos proporcionan información detallada sobre la composición química de las estrellas. Malhan indica que “observamos que para un cierto rango de estrellas pobres en metales, estas se aglomeraban en torno de dos combinaciones específicas de energía y momento angular”. En contraste, agrega, “con ‘el pobre corazón viejo’ de la Vía Láctea —el antiguo núcleo original alrededor del cual crecieron todas sus estrellas y planetas—, que también era visible en esas parcelas, los dos grupos de estrellas afines tenían un momento angular comparativamente grande, consistente con grupos de estrellas que habían formado parte de galaxias separadas que se habían fusionado con la Vía Láctea”.
Sus valores de energía y momento angular, además de su baja metalicidad general equiparable a la del “pobre corazón viejo”, hacen de Shakti y Shiva buenos candidatos para ser algunos de los primeros antepasados de nuestra Vía Láctea.
Rix afirma que Shakti y Shiva podrían ser las dos primeras adiciones al “pobre y viejo corazón” de nuestra Vía Láctea, iniciando su crecimiento hacia una gran galaxia.
El “pobre y viejo corazón” de la Vía Láctea
El 12 de octubre de 2022 un equipo de astrónomos del Instituto Max Planck en Alemania identificó a “el pobre y viejo corazón” de la Vía Láctea. La región en cuestión contiene una población de estrellas de hace doce mil 500 millones de años, las cuales se formaron durante la historia temprana de nuestra galaxia, cuya edad estimada es de 13 mil 600 millones de años. Esta hazaña de arqueología cosmológica fue posible mediante una Inteligencia Artificial (IA) que fue entrenada con datos espectrales de la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA) para deducir la edad de las estrellas a partir de su metalicidad.
La metalicidad es un concepto utilizado en la astrofísica para indicar la cantidad de elementos químicos más pesados que el helio que están presentes en la atmósfera de un astro. Cuanto más bajo es dicho indicador, la estrella es más antigua.
Según los investigadores el algoritmo funcionó con tanta exactitud, que incluso logró deducir la metalicidad de estrellas que nunca había visto. Estas tienen la metalicidad justa para haber dado a luz a las estrellas más pobres en metal que más tarde formaron el grueso disco de la Vía Láctea. Por lo tanto, las recién descubiertas también tienen una edad de doce mil 500 millones de años.
Una reconstrucción de un mapa estelar en 3D mostró que esta antigua población de estrellas se encontraba confinada en una región comparativamente pequeña alrededor del centro galáctico y tenía aproximadamente 30 mil años luz de diámetro.
Fuente: ESA