Formación estelar en la Vía Láctea comenzó en el núcleo y luego se abrió camino hacia afuera


Una de las preguntas más importantes que enfrentan los astrónomos hoy en día se refiere a la formación de estrellas y su papel en la evolución de las galaxias. En particular, los astrónomos sienten curiosidad por saber si el proceso comenzó en las regiones centrales de las galaxias, donde las estrellas están unidas más estrechamente. Observaciones anteriores han demostrado que numerosas galaxias experimentaron intensos períodos de formación estelar en sus centros aproximadamente mil millones de años después del Big Bang. Durante algún tiempo, los astrónomos han querido realizar observaciones similares del Centro Galáctico de la Vía Láctea para estudiar más de cerca la rápida formación de estrellas.

Desafortunadamente, ha sido muy difícil para los astrónomos estudiar el centro de la Vía Láctea debido a lo brillante y densamente poblada que es la región, lo que dificulta discernir estrellas y cúmulos individuales. Gracias a un nuevo análisis de un sondeo infrarrojo de alta resolución, un equipo de astrónomos ha creado la primera reconstrucción de la historia de formación estelar en el Centro Galáctico. Según sus hallazgos, la mayoría de las estrellas jóvenes en esta región se formaron en asociaciones estelares sueltas que se dispersaron hacia el exterior para llenar el Disco Galáctico en el transcurso de muchos eones (a diferencia de los cúmulos masivos estrechamente unidos).

Esta es una imagen del centro de la Vía Láctea. El área blanca brillante a la derecha del centro alberga la estrella A de Sagitario del agujero negro supermasivo. Crédito: por NASA/JPL-Caltech/ESA/CXC/STScI

La investigación fue dirigida por el Dr. Francisco Nogueras-Lara, un investigador independiente de Humboldt del Instituto Max-Planck de Astronomía (MPIA). A él se unieron la Dra. Nadine Neumayer, líder del Grupo Lise Meitner en el MPIA (que se especializa en la investigación de Núcleos Galácticos), y el Dr. Rainer Schödel, líder del Grupo del Centro Galáctico en el Instituto de Astrofísica de Andalucía ( CSIC). El artículo que describe sus hallazgos, titulado «Detección de un exceso de estrellas jóvenes en la región B1 de Sagitario del Centro Galáctico», apareció recientemente en la revista Nature Astronomy.

Si bien los astrónomos usan nuestra galaxia para conocer las propiedades de las galaxias en general, existen diferencias notables entre la Vía Láctea y otras. Para empezar, nuestra galaxia tiene una tasa de formación estelar relativamente baja (solo unas pocas masas solares al año), mientras que las galaxias con “estallido estelar” experimentan episodios que duran unos pocos millones de años en los que producen decenas o incluso cientos de masas solares al año. Curiosamente, esa alta tasa de formación era la norma entre las galaxias hace diez mil millones de años, con decenas de masas solares producidas cada año.

Pero en la región central de la Vía Láctea, a unos 1.300 años luz alrededor del agujero negro supermasivo (SMBH) de nuestra galaxia, se ha observado que las tasas de formación de estrellas en los últimos 100 millones de años son diez veces más altas que el promedio. En resumen, el núcleo de nuestra galaxia es tan productivo como una galaxia con estallido estelar o tan productivo como lo eran las galaxias hace diez mil millones de años. Los astrónomos esperaban estudiar esta región para aprender más sobre los factores que influyen en la formación de estrellas en las galaxias. Desafortunadamente, esto ha sido mucho más difícil que estudiar otras galaxias debido a que nuestro Sistema Solar está incrustado en el disco de la Vía Láctea.

Nuestros observatorios deben lidiar con las enormes cantidades de polvo que oscurecen la luz entre la Tierra y el Centro Galáctico. Para sortear este problema, los astrónomos confían en instrumentos que observan el Universo en longitudes de onda infrarrojas, de ondas milimétricas o de radio. Estos pueden generar imágenes de la radiación absorbida por el polvo, o pasar a través de él, revelando así objetos que de otro modo estarían oscurecidos en la luz visible. Otro problema (ya mencionado) es cómo el Centro Galáctico está tan lleno, lo que dificulta distinguir estrellas individuales (a excepción de las muy brillantes que se destacan del resto).

Los astrónomos saben que las estrellas continúan formándose en el Centro Galáctico, como lo indican la radiación ionizada y las emisiones de rayos X. Pero ha sido extremadamente difícil detectar estrellas jóvenes, aquellas que se formaron en los últimos millones de años. Antes de este análisis, los astrónomos solo podían dar cuenta de dos cúmulos estelares masivos y unas pocas estrellas jóvenes aisladas en el centro de nuestra galaxia, alrededor del 10% de la masa estelar esperada. Esto ha dejado muchas preguntas sin respuesta sobre la ubicación de todas las demás estrellas jóvenes y sus propiedades.

Para abordar esta pregunta, Nogueras-Lara, Neumayer y Schödel consultaron datos de la campaña GALACTICNUCLEUS, un estudio que utiliza la cámara infrarroja HAWK-I, parte del Very Large Telescope (VLT) en el Observatorio Paranal en Chile. Juntos tomaron casi 150 fotografías de exposición corta de la región central de la Vía Láctea en las bandas infrarrojas J, H y Ks y examinaron un área total de 64.000 años luz cuadrados alrededor del Centro Galáctico. Luego, estas imágenes se combinaron a través de imágenes holográficas para corregir la distorsión atmosférica y mapear la región con mucho más detalle que nunca.

Mientras que antes solo se habían cartografiado unas pocas decenas de estrellas, el sondeo GALACTICNUCLEUS proporcionó datos individuales de 3 millones de estrellas en el Centro Galáctico. Además, el equipo notó que el área conocida como Sagitario B1 contiene considerablemente más estrellas jóvenes que otras regiones, lo que se hace evidente por la forma en que ionizan las nubes de gas circundantes. Con estas observaciones de alta resolución, Nogueras-Lara y sus colegas pudieron estudiar las estrellas de la región en detalle por primera vez, incluida la distribución estadística de la luminosidad estelar.

Esto es particularmente importante porque la distribución de la luminosidad cambia gradualmente (y de manera predecible) para las estrellas que se formaron aproximadamente al mismo tiempo. Dada tal distribución, es posible reconstruir una historia de formación estelar basada en aquellas que se formaron hace más de 7 mil millones de años, hace entre 2 y 7 mil millones de años (el “grupo intermedio”) y dentro de los últimos 2 mil millones de años. Al analizar sus datos, el equipo descubrió que Sag B1 tenía una población de «soporte intermedio» más antigua y una gran población de estrellas que tenían 10 millones de años o menos. Como dijo Nogueras-Lara en un comunicado de prensa del MPIA:

“Nuestro estudio representa un gran paso adelante en la búsqueda de estrellas jóvenes en el Centro Galáctico. Las estrellas jóvenes que encontramos tienen una masa total de más de 400.000 masas solares. Eso es casi diez veces mayor que la masa combinada de los dos cúmulos estelares masivos que se conocían previamente en la región central”.

La región central de la Vía Láctea en luz infrarroja, captada por el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA. Crédito: NASA/JPL-Caltech/S. Stolovy (Centro de Ciencias Spitzer/Caltech)

Curiosamente, también se descubrió que las estrellas estaban dispersas y no formaban parte de un cúmulo masivo, lo que sugiere que nacieron en una o más asociaciones estelares más sueltas que se disolvieron rápidamente mientras orbitaban el Centro Galáctico durante varios millones de años. Si bien estos resultados pertenecen específicamente a Sag B1, podrían significar que las estrellas jóvenes en el Centro Galáctico generalmente nacieron en asociaciones sueltas que desde entonces se han dispersado en estrellas separadas. Esto explicaría por qué las poblaciones jóvenes son mucho más difíciles de resolver y requieren estudios de alta resolución en múltiples longitudes de onda.

Otro hallazgo interesante fue que también hay una población de estrellas más vieja en Sag B1. En las regiones más internas del Centro Galáctico, hay estrellas de más de 7 mil millones de años, pero prácticamente ninguna estrella en el rango intermedio. Esto podría significar que la formación de estrellas comenzó en la parte más interna del Centro Galáctico y luego se extendió al «disco nuclear», el pequeño disco de estrellas que rodea el centro. Ya se han observado indicios de este mecanismo de formación de estrellas de adentro hacia afuera en otras galaxias, y estos últimos resultados sugieren que esto también es cierto para la Vía Láctea.

De cara al futuro, el equipo espera realizar observaciones de seguimiento utilizando el instrumento espectrógrafo de objetos múltiples de banda K (KMOS) en el VLT. Al agregar observaciones espectrales a la distribución general de luminosidad que observaron, esperan identificar directamente algunas de las estrellas muy jóvenes en el Centro Galáctico. Además, hay planes para rastrear los movimientos propios de las estrellas recién descubiertas en función de los datos obtenidos por misiones como el Observatorio Gaia de la ESA. Si bien las estrellas que se formaron en la misma asociación se dispersan con el tiempo, es probable que su movimiento sea muy similar, lo que indica un origen común.

La vista de todo el cielo que tendría el sondeo de Gaia de una galaxia similar a la Vía Láctea simulada. Crédito: Sanderson et al.

Ergo, rastrear el movimiento propio de las estrellas en Sag B1 permitirá a los astrónomos deducir si las estrellas jóvenes observadas allí nacieron en una o más asociaciones sueltas. Como resumió Nadine Neumayer:

“Ambos tipos de mediciones servirán para confirmar, pero definitivamente refinar, los resultados del trabajo ahora publicado. Al mismo tiempo, nosotros y nuestros colegas comenzaremos a explorar lo que los nuevos conocimientos sobre la formación estelar en el Centro Galáctico pueden decirnos sobre la formación estelar de alta productividad en otras galaxias”.

Con información de UniverseToday.com

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