Cómo tres estrellas fugitivas resolvieron un misterio galáctico

Todo movimiento es relativo. Este simple hecho hace que rastrear el movimiento de objetos distantes fuera de nuestra galaxia sea particularmente difícil. Por ejemplo, durante décadas, los astrónomos han debatido sobre la trayectoria que siguió una de nuestras vecinas más cercanas, la Gran Nube de Magallanes (LMC), en los últimos miles de millones de años. Un nuevo artículo publicado en el servidor de preimpresión arXiv por Scott Lucchini y Jiwon Jesse Han, del Centro de Astrofísica de Harvard, aborda esta cuestión mediante una técnica única: las trayectorias de estrellas hiperveloces.

¿Qué es una «estrella hiperveloz»? Cuando un sistema estelar binario se acerca demasiado a un agujero negro supermasivo, las fuerzas de marea del agujero negro desestabilizan el sistema. Normalmente, esto provoca que una estrella sea capturada en órbita alrededor del agujero negro, mientras que la otra pierde su vínculo gravitacional con su compañera, y la fuerza resultante la expulsa del sistema a velocidades superiores a 1000 km/s. Eventualmente, las estrellas que viajan a esa velocidad abandonarán por completo la galaxia a la que están ligadas, y el abismo entre galaxias quedará aislado.

Rastrear la trayectoria de estas estrellas hiperveloces puede proporcionar una línea que las lleve de regreso al lugar donde fueron expulsadas originalmente de su sistema binario. Los autores examinaron minuciosamente la tercera publicación de datos (DR3) de Gaia y encontraron tres estrellas que creen fueron expulsadas de la Gran Nube de Magallanes (LMC). Una de ellas, conocida como Estrella Hiperveloces (HVS) 3, se ha considerado durante mucho tiempo proveniente de la LMC. Sin embargo, las otras dos candidatas (HVS 7 y HVS 15) fueron descubiertas recientemente con trayectorias que dejan claro que no provienen de la Vía Láctea, lo que convierte a la LMC en su fuente más probable.

Rastrear el lugar de donde fueron expulsadas estas estrellas podría indicar la ubicación del agujero negro supermasivo que las envió en su camino. Incluso se ha debatido si la LMC tiene un agujero negro supermasivo en su centro. Si bien la existencia de galaxias hiperveloces (HVS) provenientes de la Gran Nube de Magallanes (LMC) proporciona más evidencia de su probable existencia, aún no se trata de una observación directa concluyente. Por lo tanto, encontrar la ubicación del agujero negro supermasivo (SMBH) y, en consecuencia, dónde buscar dicha observación directa, es uno de los resultados clave del estudio.

Pero no es tan sencillo como trazar una línea recta desde la posición actual de las HVS hasta su origen. Numerosos factores obstaculizan el movimiento de estas galaxias, entre ellos la materia oscura. Para tener en cuenta este factor, los autores realizaron simulaciones del movimiento tanto de la Vía Láctea como de la LMC, e incluyeron un componente de «fricción dinámica» que representaba la resistencia que experimentan las galaxias al moverse a través de un campo de partículas más pequeñas.

Con estos modelos, los autores lograron acotar en un 50 % el «corredor» que la LMC ha recorrido durante los últimos millones de años. Sin embargo, no pudieron responder a una pregunta fundamental sobre la propia LMC: si se encuentra en su primer o segundo paso cerca de nuestra galaxia. Aunque creemos que la Gran Nube de Magallanes (LMC) está gravitacionalmente ligada a la Vía Láctea, los modelos muestran que podría estar en su primera órbita alrededor de nosotros, o bien haberla completado hace entre 6 y 8 mil millones de años, y estar actualmente en su segunda órbita.

El nuevo modelo de fricción dinámica y el corredor concuerdan con los modelos del Primer y Segundo Paso, si bien ambos utilizan componentes muy diferentes. Un análisis más detallado en el artículo sugiere que el modelo del Segundo Paso podría no ser lo suficientemente robusto como para reflejar con precisión las complejidades de la mecánica orbital a nivel galáctico.

Otra pregunta importante que los autores creen haber respondido es dónde buscar el agujero negro supermasivo (SMBH) de la LMC. Proporcionan coordenadas exactas y señalan que, en realidad, está desplazado aproximadamente 1,5 grados del centro visual de la LMC. Este desplazamiento parece deberse a las caóticas fuerzas de marea introducidas por otra de nuestras compañeras más cercanas: la Pequeña Nube de Magallanes (SMC).

Sin embargo, se necesitan más estudios, ya que el artículo se basa en solo tres estrellas para sus conclusiones. Además, los datos de esas tres estrellas no están del todo bien definidos. Con tiempo de observación suficiente para determinar sus movimientos propios, sería posible obtener aún más información sobre la trayectoria de la Gran Nube de Magallanes, así como sobre cómo interactúa la materia oscura con el movimiento de las galaxias. Ahora solo falta que alguien consiga tiempo de observación en uno de los grandes observatorios para analizarlo. Puede que sea una tarea ardua, pero algún día podremos localizar con precisión el núcleo oscuro de nuestra galaxia vecina más cercana.

Con información de arXiv