Gaia demuestra que nuestros cielos están llenos de cadenas de reuniones estelares

En la última década, el telescopio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea ha revelado la naturaleza, la historia y el comportamiento de miles de millones de estrellas. Nuestro pionero astrónomo ha transformado nuestra visión del cielo como ningún otro, revelando que los cúmulos estelares están más conectados de lo esperado a lo largo de vastas distancias.

Comprender la Vía Láctea y sus estrellas es el propósito de Gaia, y el telescopio era, sin duda, perfecto para ello.

Tras más de una década observando nuestro cielo, Gaia disfruta ahora de un tranquilo retiro, con la mayoría de sus datos aún por publicar. Sin embargo, las primeras publicaciones de datos de la misión ya han determinado la ubicación, los movimientos y el brillo de las estrellas en nuestra galaxia con una precisión sin precedentes, lo que nos permite comprender a estos residentes de la Vía Láctea como nunca antes.

Desde su apertura en 2014, Gaia ha cartografiado la velocidad de las diferentes estrellas en el espacio y ha localizado su ubicación con mayor precisión que nunca. El telescopio ha observado su contracción y expansión, ha detectado sorprendentes «terremotos estelares», ha monitoreado cómo crecen, evolucionan y cristalizan las estrellas al morir, y ha descubierto viajeros estelares que buscan consuelo en nuestra galaxia tras ser expulsados ​​de la suya. Ha creado el mapa multidimensional más grande y preciso de nuestra galaxia jamás creado.

Crucialmente, Gaia ha escaneado meticulosamente el contenido de nuestra galaxia para comprender los cúmulos estelares.

Existen dos tipos de cúmulos. Los primeros son cúmulos abiertos: pequeñas concentraciones de cientos o miles de estrellas que suelen encontrarse más cerca del disco principal de una galaxia. Los segundos son cúmulos globulares, que se encuentran en los bordes exteriores o las regiones centrales de una galaxia y pueden contener millones de residentes estelares.

Si bien la mayoría de las estrellas nacen y crecen juntas en cúmulos, las familias estelares no permanecen juntas para siempre; con el tiempo, las estrellas se dispersan en la población más amplia de estrellas de la Vía Láctea. De esta manera, los cúmulos estelares definen la naturaleza y la composición del disco de nuestra galaxia y ofrecen pistas sobre su pasado. Para comprender la historia y la evolución de la Vía Láctea, necesitamos comprender los cúmulos estelares.

Entonces, ¿qué nos ha revelado Gaia sobre ellos?

Redefiniendo los cúmulos estelares: Un censo cósmico

Gaia ha recopilado billones de observaciones de miles de millones de estrellas, generando catálogos de datos con una precisión sin precedentes, repletos de información sobre los movimientos, edades, ubicaciones y más de las estrellas. Esta colosal cantidad de datos —de los cuales ni siquiera un tercio se ha publicado hasta ahora— es una fortaleza verdaderamente única de Gaia.

Al trabajar con objetos cósmicos tan numerosos como las estrellas, explorarlos en lotes ofrece nuevos conocimientos que simplemente no podemos obtener al observarlos en cantidades más pequeñas.

La sonda espacial ha realizado un censo de cúmulos, mapeando su ubicación, definiendo sus características principales (edad, tamaño, distancia, composición, movimientos internos y externos, entre otros) y distinguiendo los cúmulos estelares reales de las alineaciones aleatorias en el cielo (asterismos).

Para ello, Gaia monitoriza de cerca las estrellas que se cree que pertenecen a un cúmulo determinado, observando si todas se mueven de la misma manera y utilizando fotometría precisa (la medición de la luz que emana de una estrella) para determinar si tienen la misma edad y se encuentran a la misma distancia de nosotros.

«Gracias a Gaia, podemos encontrar y eliminar estrellas dispersas que no pertenecen a un cúmulo, lo que hace que nuestra ciencia sea mucho más precisa», afirma Antonella Vallenari, del Observatorio Astronómico de Padua (INAF), Italia, y vicepresidenta del Consorcio de Procesamiento y Análisis de Datos de Gaia (DPAC).

«También podemos encontrar una cantidad increíble de cúmulos nuevos. Gaia puede detectar y agrupar estrellas que nacen juntas y se mueven de forma similar, incluso si están dispersas por el espacio. Hemos utilizado Gaia para encontrar nuevos cúmulos abiertos, desde los más pequeños —tan solo unos pocos pares de estrellas que se mueven conjuntamente— hasta los de varios miles de estrellas».

Los datos de alta precisión de Gaia nos han permitido encontrar nuevos grupos coherentes de estrellas (aquellas que se mueven en la misma dirección o en la misma región del espacio) y localizar estructuras complejas ocultas dentro de cúmulos conocidos. Los científicos también han aplicado Inteligencia Artificial (IA) a los datos de Gaia, utilizando algoritmos y enfoques de aprendizaje automático para identificar nuevos miembros de cúmulos y subgrupos de estrellas.

De esta manera, Gaia nos ha impulsado a replantearnos cómo buscamos grupos estelares. Se ha descubierto que algunas familias de estrellas se comportan de forma extraña, sin el tipo de movimiento coherente que esperaríamos ver en estrellas que se formaron juntas. Gaia reveló recientemente una inusual familia de estrellas, todas ellas extrañamente ansiosas por abandonar su hogar, que se precipitan hacia la Vía Láctea de forma aleatoria y descoordinada. Si solo buscáramos estrellas que se movieran de forma similar, esta familia habría pasado desapercibida, pero los enormes conjuntos de datos de alta calidad de Gaia permitieron a los científicos utilizar nuevos modelos que lograron detectarlas.

Más cerca de casa: cartografiando la vecindad del Sol

Gaia ha revolucionado nuestra visión de la vecindad solar, permitiendo a los científicos cartografiar exhaustivamente todas las estrellas y el material interestelar cercano al Sol de una forma que antes no era posible.

Los mapas celestes de Gaia, tanto en 3D como en 6D —en tres coordenadas espaciales (3D) más tres velocidades (moviéndose hacia y desde nosotros, y a través del cielo)—, han revelado los movimientos y posiciones precisos de millones de estrellas cercanas.

Los mapas también han revelado la estructura de nubes moleculares oscuras; numerosos cúmulos jóvenes, asociaciones estelares y corrientes estelares en el espacio cercano a nosotros; y estrellas nacientes (incluidos los «Objetos Estelares Jóvenes») que emergen de sus nubes de nacimiento. Con Gaia, los astrónomos han podido cartografiar las incubadoras donde los Objetos Estelares Jóvenes cobran vida en el espacio 3D, revelando la verdadera estructura y extensión de dos de las asociaciones estelares más cercanas a nosotros: Orión OB1 y Escorpio-Centauro.

Los científicos también han utilizado Gaia para explorar las difusas «coronas» de estrellas alrededor de los cúmulos, las colas de marea (más sobre esto más adelante) y las familias de cúmulos, rastreando cómo se forman las estrellas cerca del Sol. Resulta que muchos cúmulos jóvenes no están aislados, sino que forman parte de «cadenas» o «familias» de cúmulos más grandes, que comparten orígenes e historias de formación estelar comunes.

En general, Gaia ha redefinido la formación estelar en nuestra región del espacio. Ahora sabemos mucho más sobre cómo este proceso se ve influenciado e impulsado por las estrellas existentes dentro de una nube de nacimiento, lo que se conoce como retroalimentación estelar. Las estrellas liberan energía y masa al espacio a través de la radiación, los vientos, las explosiones, los chorros y otros factores. La retroalimentación es crucial para redistribuir elementos químicos, gas y polvo por todo el espacio, y ayuda a regular la formación estelar, algo que Gaia ha explorado mediante el mapeo de las asociaciones estelares y el rastreo del movimiento de las estrellas jóvenes.

Cabe destacar que Gaia ha descubierto que pequeños agregados de estrellas jóvenes como Orión OB1, llamados asociaciones OB, en realidad nacen de esa manera, en lugar de ser cúmulos viejos y expandidos, como pensábamos.

Interconectado: Rastreando la materia y las espirales de la Vía Láctea

Desde Gaia, se ha hecho evidente que las regiones, cúmulos y asociaciones de formación estelar están interconectados a escalas realmente vastas. Esto está redefiniendo fundamentalmente nuestra comprensión de cómo el gas y las estrellas pueblan el cielo que vemos, y cómo se impulsa la formación estelar en toda la Vía Láctea.

El telescopio ha redefinido un anillo estelar cercano conocido como el Cinturón de Gould, descubriendo que es una ilusión óptica, con sus estrellas alineadas a lo largo de dos estructuras lineales prominentes (un espolón de gas que se extiende desde la asociación Escorpio-Centauro, conocida como la División, y la Onda de Radcliffe, una larga y ondulada cadena de gas que conecta regiones como Orión, Perseo y Tauro, y que contiene la masa de 3 millones de estrellas). También ha cartografiado la estructura tridimensional de superburbujas, capas y espolones, todos ellos impulsados ​​y moldeados por los vientos de estrellas y supernovas en su interior.

Basándose en esta nueva visión de cielos interconectados, los astrónomos han utilizado Gaia para comprender mejor la estructura espiral de nuestra galaxia y el grosor de su disco. Las observaciones de Gaia muestran que los cúmulos jóvenes parecen moverse a distintas velocidades y de forma ligeramente distinta según su ubicación dentro de los brazos espirales de la Vía Láctea. Los cúmulos estelares se distribuyen de forma desigual a lo largo de los brazos, lo que implica que estas enormes estructuras giratorias probablemente sean transitorias, no longevas.

Gaia también ha revelado que la dinámica galáctica a gran escala influye en cómo se forman los cúmulos estelares jóvenes en primer lugar y cómo finalmente se disuelven. De hecho, Gaia ha revelado bastante sobre los cúmulos jóvenes, cartografiando las nubes oscuras y las regiones polvorientas en las que se forman. Esta formación parece ser sorprendentemente subestructurada y desordenada.

Gaia ha demostrado que las estructuras que se asemejan a corrientes, cuentas, hilos, perlas, serpientes, anillos o filamentos de estrellas son bastante comunes en la formación de cúmulos jóvenes, y estas disposiciones permanecen visibles durante millones de años en toda la Vía Láctea.

La lenta despedida: Desentrañando las colas de marea

A medida que los cúmulos se desplazan por la Vía Láctea, se ven perturbados por diferentes cúmulos y estructuras de materia, desde nubes moleculares hasta materia oscura y la «barra» de estrellas que atraviesa el centro de nuestra galaxia. Estas interacciones tiran de los cúmulos y los separan, creando largas colas de marea de estrellas y gas.

«Las colas de marea no son solo remanentes del pasado de un cúmulo: son poderosos indicadores dinámicos que revelan la historia de su vida y su lugar en la galaxia», afirma Tereza Jeřábková, de la Universidad de Masaryk (República Checa), experta en formación estelar y usuaria habitual de los datos de Gaia.

«Históricamente, solo habíamos visto estas colas alrededor de los cúmulos en las zonas más dispersas de la Vía Láctea, ya que resaltan mejor en cielos más vacíos. Era mucho más difícil detectarlas en las regiones más densas de nuestra galaxia, pero Gaia lo cambió todo».

Gracias a la astrometría de alta precisión de Gaia, los científicos han podido detectar colas extendidas alrededor del cúmulo de las Híades y rastrear la cinemática de las colas alrededor del cúmulo de Coma Berenices. Gaia también ha investigado las propiedades de las propias colas, descubriendo que frecuentemente presentan asimetría en densidad y longitud. Resulta que estas colas de marea pueden ser enormes, extendiéndose a lo largo de miles de años luz.

El cúmulo de las Híades, por ejemplo, aunque aparentemente de tamaño modesto, posee colas de marea que abarcan vastas secciones del cielo: un testimonio silencioso del origen, la evolución y la continua disolución del cúmulo en la galaxia.

«El campo está evolucionando rápidamente y ha avanzado incluso desde que descubrimos las colas de las Híades», añade Tereza. «Los investigadores ahora utilizan métodos basados ​​en Gaia para descubrir características de marea en otros cúmulos abiertos cercanos, como Coma Berenices, Blanco 1, NGC 752, Praesepe y otros».

Es importante destacar que Gaia ha identificado estrellas que han escapado de su lugar de origen. Esto es crucial para comprender mejor los cúmulos y sus residentes, así como para identificar características de marea más recientes. También ha sido fundamental para confirmar que las estrellas dentro de las colas de marea son auténticas estrellas que escapan del propio cúmulo, y no una alineación casual ni estrellas que simplemente se encontraban en la zona. Los astrónomos lograron esto tomando candidatos a estrellas de cola de marea de los datos de Gaia y observando cómo giran sobre sus ejes.

Gracias a Gaia, los cúmulos abiertos ya no se consideran entidades aisladas, sino estructuras en evolución dinámica, que se disuelven lentamente en nuestra galaxia y dejan rastros de sus vidas pasadas.

«Los esfuerzos actuales se centran en detectar más colas de marea, alcanzar mayores extensiones y límites más tenues, y refinar el conocimiento que tenemos sobre las estrellas que las componen», añade Tereza. «A medida que los datos mejoran y surgen nuevos métodos, nuestra capacidad para reconstruir la vida pasada de los cúmulos seguirá creciendo».

Los próximos estudios del cielo, como 4MOST y WEAVE, y misiones como Platón de la ESA (el próximo cazador de planetas de la ESA que también caracterizará exoplanetas rocosos y sus estrellas anfitrionas), complementarán los hallazgos de Gaia al revelar más sobre las estrellas en nuestro cielo, lo que nos permitirá estudiar características como las colas de marea con mayor detalle.

Una revolución estelar

La misión Gaia de la ESA proporciona ciencia nueva y actualizada a un ritmo acelerado, proporcionando a los astrónomos los datos de gran volumen y a gran escala que necesitan para profundizar en nuestro cielo.

Los conjuntos de datos de Gaia son significativamente más detallados y precisos que cualquier otro realizado hasta ahora. No es exagerado afirmar que la misión ha supuesto una revolución en la astronomía de la Vía Láctea, especialmente en lo que respecta a los cúmulos estelares», afirma Johannes Sahlmann, científico del proyecto Gaia de la ESA.

«Es emocionante que Gaia haya revelado que, en lugar de que los cúmulos sean solitarios por naturaleza, nuestros cielos están llenos de cadenas de estas agrupaciones estelares. El cosmos está jaspeado de vastos hilos y cuerdas que conectan cúmulos entre sí y unen estrellas de maneras que no esperábamos».

Gaia ha completado sus observaciones de exploración del cielo y, a partir de marzo de 2025, orbitará silenciosamente alrededor del Sol en su órbita de retiro. La gran mayoría de los datos recopilados por la sonda aún no se han publicado, y se prevén un par de publicaciones masivas de datos para finales de la década (la Publicación de Datos 4, basada en 5,5 años de observaciones de Gaia, se espera para diciembre de 2026, y la Publicación de Datos 5, basada en los 10,5 años, no antes de finales de 2030).

Sin embargo, los científicos ya están utilizando el valioso conjunto de observaciones publicadas por Gaia —recopiladas en sus primeros tres años de observación— para explorar miles de millones de estrellas y objetos en nuestra galaxia y más allá.

«Puede que las operaciones de la sonda Gaia hayan finalizado, pero sus contribuciones a la ciencia están en pleno apogeo», añade Johannes. «Es un momento realmente emocionante para los científicos estelares. A medida que se publiquen más datos a la comunidad científica en los próximos años, asistiremos a una nueva oleada de descubrimientos que transformarán aún más nuestro conocimiento sobre nuestros cielos de una forma verdaderamente transformadora».

Con información de ESA