Publican el mapa más detallado del polvo en la Vía Láctea

Cuando observamos objetos celestes distantes, existe una posible trampa: ¿Es la estrella que estoy observando realmente tan rojiza como parece? ¿O simplemente se ve rojiza, ya que su luz ha tenido que atravesar una nube de polvo cósmico para llegar a nuestro telescopio?

Para realizar observaciones precisas, los astrónomos necesitan conocer la cantidad de polvo que hay entre ellos y sus objetivos distantes. El polvo no solo hace que los objetos parezcan rojizos («enrojecimiento»), sino que también los hace parecer más tenues de lo que realmente son («extinción»). Es como si estuviéramos mirando el espacio a través de una ventana sucia. Ahora, dos astrónomos han publicado un mapa 3D que documenta las propiedades del polvo que nos rodea con un detalle sin precedentes, lo que nos ayuda a comprender lo que observamos.

La investigación se ha publicado en la revista Science.

Afortunadamente, al observar las estrellas, existe una forma de reconstruir el efecto del polvo. Las partículas de polvo cósmico no absorben ni dispersan la luz de manera uniforme en todas las longitudes de onda. En cambio, absorben la luz con mayor intensidad en longitudes de onda más cortas (hacia el extremo azul del espectro) y con menor intensidad en longitudes de onda más largas (hacia el extremo rojo).

La dependencia de la longitud de onda puede representarse gráficamente como una «curva de extinción», y su forma proporciona información no solo sobre la composición del polvo, sino también sobre su entorno local, como la cantidad y las propiedades de la radiación en las distintas regiones del espacio interestelar.

Obteniendo información sobre el polvo de 130 millones de espectros

Este es el tipo de información que utilizaron Xiangyu Zhang, estudiante de doctorado del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA), y Gregory Green, líder de un grupo de investigación independiente (Grupo Sofia Kovalevskaja) en el MPIA y asesor de doctorado de Zhang, para construir el mapa 3D más detallado hasta la fecha de las propiedades del polvo en la Vía Láctea.

Zhang y Green recurrieron a datos de la misión Gaia de la ESA, un esfuerzo de 10,5 años para obtener mediciones extremadamente precisas de las posiciones, movimientos y propiedades adicionales de más de mil millones de estrellas en nuestra Vía Láctea y en nuestros vecinos galácticos más cercanos, las Nubes de Magallanes. El tercer lanzamiento de datos (DR3) de la misión Gaia, publicado en junio de 2022, proporciona 220 millones de espectros, y un control de calidad indicó a Zhang y Green que alrededor de 130 millones de ellos serían adecuados para su búsqueda de polvo.

Los espectros de Gaia son de baja resolución. Es decir, la forma en que separan la luz en diferentes regiones de longitud de onda es comparativamente burda. Los dos astrónomos encontraron una solución a esta limitación: para el 1 % de las estrellas seleccionadas, existe espectroscopía de alta resolución del sondeo LAMOST, operado por los Observatorios Astronómicos Nacionales de China. Esto proporciona información fiable sobre las propiedades básicas de las estrellas en cuestión, como sus temperaturas superficiales, que determinan lo que los astrónomos denominan «tipo espectral» de una estrella.

Reconstrucción de un mapa 3D

Zhang y Green entrenaron una red neuronal para generar espectros modelo basados ​​en las propiedades de una estrella y las del polvo intermedio. Compararon los resultados con 130 millones de espectros adecuados de Gaia y utilizaron técnicas estadísticas (bayesianas) para deducir las propiedades del polvo entre nosotros y esos 130 millones de estrellas.

Los resultados permitieron a los astrónomos reconstruir el primer mapa tridimensional detallado de la curva de extinción del polvo en la Vía Láctea. Este mapa fue posible gracias a la medición de Zhang y Green de la curva de extinción en relación con un número sin precedentes de estrellas: 130 millones, en comparación con trabajos anteriores, que contenían aproximadamente un millón de mediciones.

Pero el polvo no es solo una molestia para los astrónomos. Es importante para la formación estelar, que ocurre en gigantescas nubes de gas protegidas por su polvo de la radiación circundante. Cuando las estrellas se forman, están rodeadas de discos de gas y polvo, que son el lugar de nacimiento de los planetas. Los propios granos de polvo son los componentes básicos de lo que eventualmente se convertirá en los cuerpos sólidos de planetas como la Tierra. De hecho, en el medio interestelar de nuestra galaxia, la mayoría de los elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio están atrapados en granos de polvo interestelar.

Propiedades inesperadas del polvo cósmico

Los nuevos resultados no solo producen un mapa 3D preciso, sino que también han revelado una propiedad sorprendente de las nubes de polvo interestelar. Anteriormente, se esperaba que la curva de extinción se aplanara (menos dependiente de la longitud de onda) en regiones con mayor densidad de polvo. Por supuesto, una «mayor densidad» es, en este caso, muy pequeña. Aproximadamente diez mil millonésimas de mil millonésimas de gramos de polvo por metro cúbico, equivalente a tan solo 10 kg de polvo en una esfera con el radio de la Tierra. En estas regiones, los granos de polvo tienden a aumentar de tamaño, lo que altera las propiedades generales de absorción.

En cambio, los astrónomos descubrieron que, en zonas de densidad intermedia, la curva de extinción se vuelve más pronunciada, ya que las longitudes de onda más pequeñas se absorben con mucha mayor eficacia que las más largas. Zhang y Green conjeturan que esta mayor pendiente podría deberse no al crecimiento de polvo, sino a una clase de moléculas llamadas hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), los hidrocarburos más abundantes en el medio interestelar, que incluso podrían haber contribuido al origen de la vida. Ya se han propuesto comprobar su hipótesis con futuras observaciones.

Con información de Science