Los hermanos estelares cuentan historias del caos galáctico

SEsparcidas por todo el universo hay estrellas que brillan con sutiles indicios de una ascendencia compartida. Puede que estén a miles de años luz de distancia, casi indistinguibles de otras estrellas más cercanas que las rodean, pero las similitudes (sus edades, sus composiciones y sus órbitas) revelan una historia de origen común. Y los astrónomos ahora pueden utilizar estos grupos de parientes estelares para reconstruir la historia caótica, a menudo violenta, de las galaxias.

Las galaxias son las bulliciosas ciudades del universo, hogar de casi todas sus estrellas y, a través de sus historias, podemos aprender sobre las grandes fuerzas que dan forma a la organización de la materia.

Para rastrear estas genealogías estelares, los científicos se fijan en la concepción de las estrellas. Las estrellas rara vez nacen solas. En cambio, una sola nube masiva de gas y polvo (llamada nube molecular gigante) llena de una proporción particular de elementos colapsará y fragmentará espontáneamente, haciendo estallar decenas, cientos y, a veces, miles de estrellas a la vez. La famosa Nebulosa de Orión, una delicia para los astrónomos domésticos, es una de esas regiones activas de formación estelar.

Pero poco después de su nacimiento, estas estrellas comienzan a abandonar el nido. Aunque inicialmente están muy unidos, no poseen suficiente gravedad para unirse entre sí. Cualquier pequeña perturbación (una nebulosa vecina que pasa, interacciones gravitacionales entre sí) aleja las estrellas unas de otras en un camino elegido por pura casualidad, como sal derramada sobre el mostrador. En sólo unos pocos millones de años, las estrellas, que alguna vez nacieron de la misma nube de gas, pueden estar separadas por decenas de miles de años luz, y cada una de ellas está preparada para seguir su propia trayectoria orbital alrededor de la galaxia.

Es en los detalles (un punto de origen orbital similar, una edad mutua, una abundancia común de elementos pesados) donde las estrellas conservan un plano de su lugar de nacimiento. Y los científicos ahora pueden empezar a trazar estos pasados.

Poco después de su nacimiento, las estrellas comienzan a abandonar el nido.

Al comparar estas propiedades con las del Sol, por ejemplo, en 2014 los astrónomos pudieron encontrar el nuestro. primer hermano estelar conocido. Ubicada en la constelación de Hércules y a 110 años luz de distancia, la estrella, llamada HD 162826, puede verse con un pequeño telescopio. El descubrimiento fue una sorpresa. Aunque es probable que el sol tenga miles de hermanos, se pensaba que ya estaban tan lejos que eludían la confirmación de una coincidencia. Pero resultó que HD 162826 estaba lo suficientemente cerca como para que el equipo pudiera confirmar su abundancia de elementos y reconstruir su movimiento orbital, lo que indica que hace cuatro mil quinientos millones de años, esa estrella y nuestro sol probablemente compartían un punto de origen.

Básicamente, todas las estrellas pertenecen a uno u otro grupo familiar. Si el grupo es lo suficientemente joven, como el conocido cúmulo de las Pléyades, entonces la identificación es fácil. Simplemente no ha habido tiempo suficiente para que los miembros se dispersaran y las estrellas todavía viven en el mismo vecindario. Pero la mayoría de las estrellas no pueden compararse con sus hermanos; se necesitan estudios exhaustivos que abarquen millones, si no miles de millones, de estrellas para descubrir las firmas de unos pocos grupos de parentesco. La gran mayoría de esos grupos identificados se identifican fácilmente como miembros de la Vía Láctea.

Pero entre los más de 300 mil millones de habitantes estelares de la Vía Láctea, hay algunos grupos que simplemente… no pertenecen. Tienen una extraña abundancia de elementos o propiedades orbitales extrañas. No comparten las propiedades genéticas de la mayor parte de las estrellas de nuestra galaxia.

Tomemos, por ejemplo, la extraña salchicha Gaia, descubierto en 2018. “Gaia” proviene de la nave espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea, que ha acumulado hasta el momento un catálogo de más de 2 mil millones de estrellas con información detallada sobre sus propiedades. La parte de la “salchicha” es menos obvia. Cuando los astrónomos trazan el movimiento circular versus el movimiento radial de las estrellas en nuestra galaxia, aparece en la trama un gran bulto alargado, parecido a una salchicha, formado por una colección de estrellas diferente a las demás de la Vía Láctea.

Pero estas estrellas en Gaia Sausage no han permanecido agrupadas. Actualmente se encuentran dispersos por toda la Vía Láctea, y sus finos hilos comunes delatan su historia compartida. Tienen una proporción común de elementos pesados ​​o “metalicidad”. Y sus órbitas son extremadamente elípticas, lo que hace que las estrellas rocen el núcleo de la galaxia y luego las arrojen de regreso a más de 60.000 años luz de distancia. En sus puntos en común, cuentan la historia de una galaxia que alguna vez fue poderosa y finalmente fue consumida y destruida.

Los cosmólogos dan a este proceso un nombre que suena inocente: formación jerárquica de galaxias. Pero lo que eso significa es que nuestra Vía Láctea contemporánea, como todas las galaxias masivas y orgullosas del universo, ha vivido una vida violenta y sólo adquirió su volumen actual devorando a sus vecinas.

Hace miles de millones de años no existían galaxias. En este período, unos 100 millones de años después del Big Bang, ni siquiera había estrellas. Había simplemente un continuo relativamente fluido de hidrógeno, helio y materia oscura repartido por todo el universo. Pero dentro de ese continuo, había pequeñas diferencias de densidad, lugares de densidad ligeramente mayor o menor. Con el tiempo (cientos de millones de años), esas regiones de mayor densidad acumularon cada vez más material, formando las semillas gravitacionales que eventualmente crecerían hasta convertirse en galaxias y estrellas con historias similares. A medida que las galaxias más pequeñas se acercan demasiado a las grandes, las estrellas que las constituyen se consumen y se dispersan en su interior.

Sólo podemos entender los detalles de las fusiones galácticas a través de simulaciones por computadora que recrean estos eventos titánicos, rastreándolos a través de los linajes compartidos de estas antiguas estrellas subsumidas. A través de estas simulaciones, los cosmólogos ven cuán catastrófico es el proceso.

En el caso de una fusión menor, cuando una galaxia grande como la Vía Láctea consume una pequeña, el proceso podría verse así: la galaxia más pequeña siente una atracción gravitacional diferente en diferentes lugares, lo que hace que se estire. Se alarga, pasando de ser un denso grupo esférico a una corriente larga y delgada. Esta corriente se precipita luego hacia la galaxia consumidora, donde sus estrellas individuales se esparcen en órbitas aleatorias.

En los detalles, las estrellas conservan un plano de su lugar de nacimiento.

Después de unos miles de millones de años, nunca sabrías que algo había sucedido.

Las únicas pistas que tenemos hoy son el origen común de esas estrellas lejanas. Pero la Salchicha Gaia no es el único grupo ancestral disperso. Hay otras vertientes similares en estas historias ocultas. La corriente de Sagitario, descubierto en 2002 es un remanente “fantasma” de la galaxia elíptica enana de Sagitario. Consiste en una delgada hebra de estrellas y gas arrancados de su galaxia madre que gira alrededor del núcleo de la Vía Láctea; Parece que hemos captado este evento de fusión hacia el final, pero aún no en sus momentos finales.

Y hay más corrientes de este tipo: la Arcturus, la Helmi, la Palomar 5. Incluso está el Anillo Monoceros, una comunidad de estrellas que forman tres círculos completos alrededor de la Vía Láctea. Cada corriente representa un parentesco distinto, una herencia compartida de una galaxia que alguna vez estuvo intacta y que de otro modo se perdería en la historia.

Algunas antiguas galaxias fueron derrotadas y engullidas por la Vía Láctea hace tanto tiempo que apenas podemos distinguirlas. Hipotetizado en 2020se cree que la galaxia Kraken contribuyó aproximadamente con el 10 por ciento de la colección actual de cúmulos globulares de la Vía Láctea: grupos densos y apretados de estrellas que conservan su propia forma. En este caso, la población remanente del Kraken resistió una mayor destrucción.

Estas galaxias más pequeñas consumidas por la Vía Láctea también alteran su anfitrión; cambian la composición, estructura y composición química de su nuevo hogar. Otro nombre para la salchicha Gaia es Gaia Encelado, que lleva el nombre del gigante mitológico enterrado bajo el monte Etna y responsable de sus terremotos. En el caso de la Vía Láctea, la colisión con Gaia Encelado interrumpió su prominente y delgado disco de estrellas, inflándolo y provocando la formación de un disco auxiliar más grueso.

Algunas estrellas antiguas primas podrían incluso estar en nuestro vecindario de la galaxia. Recientemente, un equipo de astrónomos descubrió 20 estrellas a unos pocos miles de años luz del sol que todos podrían compartir una ascendencia común. Dada su particular composición de elementos pesados ​​y la naturaleza dispersa de sus órbitas, los astrónomos piensan que son los restos de una galaxia verdaderamente antigua, llamada Loki, que se fusionó con la nuestra cuando la Vía Láctea se fusionaba por primera vez en la oscuridad del universo primitivo. , hace unos 11-12 mil millones de años.

Pero aquellos que viven a espada, mueren a espada, incluso las galaxias. La Vía Láctea ha fusionado, adquirido, destruido y canibalizado a innumerables vecinos, envolviendo a sus estrellas y materia supervivientes dentro de su vasta masa. Pero todos esos conflictos fueron desiguales, contra enemigos mucho más pequeños que nuestra propia galaxia.

A 2,5 millones de años luz de distancia se encuentra una verdadera par de la Vía Láctea, la galaxia de Andrómeda, resplandeciente con más de 1 billón de estrellas y aproximadamente igual a nuestra propia galaxia en masa total. Y se dirige directamente hacia nosotros. Dentro de unos 5 mil millones de años, nuestras dos galaxias comenzarán a fusionarse, un proceso que tardará más de 500 millones de años en completarse.

La nueva megagalaxia quedará irreconocible. Sin brazos en espiral ni disco plano. Sólo un grupo elíptico de estrellas mezcladas en órbitas aleatorias. Quizás algún futuro astrónomo, que viva en una época mucho después de que nuestro propio sol haya muerto, escudriñe sus cielos y encuentre una población de estrellas que compartan una edad y una metalicidad comunes; una familia nacida en la Vía Láctea pero arrojada a lo lejos a través de ese cosmos reorganizado, el más tenue de los patrones que los une a una patria desaparecida.

Imagen principal: PhotoWorks de McCarthy / Shutterstock

• Pablo M. Sutter

  Publicado en 9 de diciembre de 2024

  Paul M. Sutter es profesor investigador de astrofísica en el Instituto de Ciencias Computacionales Avanzadas de la Universidad Stony Brook e investigador invitado en el Instituto Flatiron de la ciudad de Nueva York. El es el autor de Su lugar en el universo: comprender nuestra gran y desordenada existencia.

Reciba el boletín de Nautilus

Ciencia de vanguardia, desvelada por los pensadores vivos más brillantes.