Un nuevo estudio ha revelado la verdadera forma de la nube difusa de estrellas que rodea el disco de nuestra galaxia. Durante décadas, los astrónomos han pensado que esta nube de estrellas, llamada halo estelar, era en gran parte esférica, como una pelota de playa. Ahora, un nuevo modelo basado en observaciones modernas muestra que el halo estelar es oblongo e inclinado, como una pelota de fútbol que acaba de ser pateada.
Los hallazgos, publicados este mes en The Astronomical Journal, ofrecen información sobre una gran cantidad de áreas temáticas astrofísicas. Los resultados, por ejemplo, arrojan luz sobre la historia de nuestra galaxia y la evolución galáctica, al mismo tiempo que ofrecen pistas sobre la búsqueda en curso de la misteriosa sustancia conocida como materia oscura.
“La forma del halo estelar es un parámetro muy fundamental que acabamos de medir con mayor precisión de lo que era posible antes”, dice el autor principal del estudio, Jiwon “Jesse” Han, Ph.D. estudiante en el Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian. “Hay muchas implicaciones importantes en el hecho de que el halo estelar no sea esférico, sino que tenga la forma de una pelota de fútbol, rugby o zepelín, ¡elija lo que quiera!”
“Durante décadas, la suposición general ha sido que el halo estelar es más o menos esférico e isotrópico, o el mismo en todas las direcciones”, agrega el coautor del estudio Charlie Conroy, asesor de Han y profesor de astronomía en la Universidad de Harvard y el Centro de Astrofísica. “Ahora sabemos que la imagen de libro de texto de nuestra galaxia incrustada dentro de un volumen esférico de estrellas debe descartarse”.
El halo estelar de la Vía Láctea es la parte visible de lo que se conoce más ampliamente como el halo galáctico. Este halo galáctico está dominado por materia oscura invisible, cuya presencia solo es medible a través de la gravedad que ejerce. Cada galaxia tiene su propio halo de materia oscura. Estos halos sirven como una especie de andamio sobre el que cuelga la materia ordinaria y visible. A su vez, esa materia visible forma estrellas y otras estructuras galácticas observables. Para comprender mejor cómo se forman e interactúan las galaxias, así como la naturaleza subyacente de la materia oscura, los halos estelares son objetivos astrofísicos valiosos.
“El halo estelar es un trazador dinámico del halo galáctico”, dice Han. “Para aprender más sobre los halos galácticos en general, y especialmente sobre el halo galáctico y la historia de nuestra propia galaxia, el halo estelar es un excelente lugar para comenzar”.
Sin embargo, comprender la forma del halo estelar de la Vía Láctea ha sido un desafío para los astrofísicos durante mucho tiempo por la sencilla razón de que estamos incrustados en él. El halo estelar se extiende varios cientos de miles de años luz por encima y por debajo del plano lleno de estrellas de nuestra galaxia, donde reside nuestro Sistema Solar.
“A diferencia de las galaxias externas, donde solo las miramos y medimos sus halos”, dice Han, “nos falta el mismo tipo de perspectiva aérea exterior del halo de nuestra propia galaxia”.
Para complicar aún más las cosas, el halo estelar ha demostrado ser bastante difuso y contiene solo alrededor del uno por ciento de la masa de todas las estrellas de la galaxia. Sin embargo, con el tiempo, los astrónomos han logrado identificar miles de estrellas que pueblan este halo, que se distinguen de otras estrellas de la Vía Láctea debido a su composición química distintiva (medible mediante estudios de su luz estelar), así como por sus distancias y movimientos a lo largo el cielo. A través de tales estudios, los astrónomos se han dado cuenta de que las estrellas del halo no están distribuidas uniformemente. Desde entonces, el objetivo ha sido estudiar los patrones de sobredensidad de las estrellas, que aparecen espacialmente como racimos y corrientes, para resolver los orígenes últimos del halo estelar.
El nuevo estudio realizado por investigadores y colegas de CfA aprovecha dos conjuntos de datos principales recopilados en los últimos años que han sondeado el halo estelar como nunca antes.
El primer conjunto es de Gaia, una nave espacial revolucionaria lanzada por la Agencia Espacial Europea en 2013. Gaia ha continuado recopilando las mediciones más precisas de las posiciones, movimientos y distancias de millones de estrellas en la Vía Láctea, incluidas algunas estrellas cercanas del halo estelar. .
El segundo conjunto de datos es de H3 (Hectochelle in the Halo at High Resolution), una encuesta terrestre realizada en el MMT, ubicado en el Observatorio Fred Lawrence Whipple en Arizona, y una colaboración entre CfA y la Universidad de Arizona. H3 ha recopilado observaciones detalladas de decenas de miles de estrellas de halo estelar demasiado lejos para que Gaia las evalúe.
La combinación de estos datos en un modelo flexible que permitió que la forma del halo estelar emergiera de todas las observaciones produjo el halo decididamente no esférico, y la forma del balón encaja muy bien con otros hallazgos hasta la fecha. La forma, por ejemplo, concuerda de manera independiente y firme con una teoría líder sobre la formación del halo estelar de la Vía Láctea.
De acuerdo con este marco, el halo estelar se formó cuando una galaxia enana solitaria chocó hace 7-10 mil millones de años con nuestra galaxia mucho más grande. La galaxia enana que partió se conoce divertidamente como Gaia-Salchicha-Encelado (GSE), donde “Gaia” se refiere a la nave espacial antes mencionada, “Salchicha” para un patrón que aparece al trazar los datos de Gaia y “Encelado” para el gigante mitológico griego que fue enterrado bajo una montaña, algo así como GSE fue enterrado en la Vía Láctea. Como consecuencia de este evento de colisión galáctica, la galaxia enana se desgarró y sus estrellas constituyentes se dispersaron en un halo disperso. Tal historia de origen explica la diferencia inherente de las estrellas del halo estelar con las estrellas nacidas y criadas en la Vía Láctea.
Los resultados del estudio narran aún más cómo GSE y la Vía Láctea interactuaron hace tantos eones. La forma de balón de fútbol, técnicamente llamada elipsoide triaxial, refleja las observaciones de dos acumulaciones de estrellas en el halo estelar. Los accidentes en cadena aparentemente se formaron cuando GSE atravesó dos órbitas de la Vía Láctea. Durante estas órbitas, GSE se habría ralentizado dos veces en los llamados apocentros, o los puntos más alejados en la órbita de la galaxia enana del mayor atractor gravitacional, la Vía Láctea; estas pausas llevaron al desprendimiento adicional de estrellas GSE. Mientras tanto, la inclinación del halo estelar indica que GSE encontró la Vía Láctea en un ángulo incidente y no de frente.
“La inclinación y la distribución de las estrellas en el halo estelar brindan una confirmación dramática de que nuestra galaxia chocó con otra galaxia más pequeña hace entre 7 y 10 mil millones de años”, dice Conroy.
En particular, ha pasado tanto tiempo desde el choque de GSE-Vía Láctea que se esperaba que las estrellas del halo estelar se asentaran dinámicamente en la forma esférica clásica, asumida durante mucho tiempo. El hecho de que probablemente no lo hayan hecho habla del halo galáctico más amplio, dice el equipo. Esta estructura dominada por la materia oscura probablemente está torcida y, a través de su gravedad, también mantiene el halo estelar fuera de lugar.
“El halo estelar inclinado sugiere fuertemente que el halo de materia oscura subyacente también está inclinado”, dice Conroy. “Una inclinación en el halo de materia oscura podría tener ramificaciones significativas para nuestra capacidad de detectar partículas de materia oscura en laboratorios en la Tierra”.
El último punto de Conroy alude a los múltiples experimentos de detectores de materia oscura que ahora se están ejecutando y planeando. Estos detectores podrían aumentar sus posibilidades de capturar una interacción esquiva con la materia oscura si los astrofísicos pueden determinar dónde está más concentrada la sustancia, galácticamente hablando. A medida que la Tierra se mueve a través de la Vía Láctea, se encontrará periódicamente con estas regiones de partículas de materia oscura densas y de mayor velocidad, lo que aumenta las probabilidades de detección.
El descubrimiento de la configuración más plausible del halo estelar puede hacer avanzar muchas investigaciones astrofísicas al tiempo que completa los detalles básicos sobre nuestro lugar en el universo.
“Estas son preguntas intuitivamente interesantes para hacer sobre nuestra galaxia: ‘¿Cómo es la galaxia?’ y ‘¿Cómo es el halo estelar?'”, dice Han. “Con esta línea de investigación y estudio en particular, finalmente estamos respondiendo esas preguntas”.
Con información de The Astronomical Journal
