Desde la década de 1920, las estrellas hiperveloces han sido una herramienta importante que permite a los astrónomos estudiar las propiedades de la Vía Láctea, como su potencial gravitacional y la distribución de la materia. Ahora, astrónomos chinos han realizado una búsqueda a gran escala de estrellas hiperveloces utilizando una clase especial de estrellas conocidas por su comportamiento de pulsación distintivo, regular y predecible, que las hace útiles como indicadores de distancia.
Su investigación se publica en The Astrophysical Journal.
La velocidad de escape de cualquier planeta, estrella o galaxia es la velocidad necesaria para que una masa, al abandonar la superficie del objeto, salga completamente y con precisión del pozo gravitacional del planeta, dirigiéndose hacia el infinito. La velocidad de escape de la Tierra es de 11,2 kilómetros por segundo (km/s).
Cualquier masa que abandone la superficie con esa velocidad inicial inmediata, sin energía adicional, abandonará la atracción gravitacional de la Tierra. Ejemplos de ello son las rocas expulsadas de la Tierra por la colisión de un asteroide (como ocurrió con el intercambio de rocas entre la Tierra y Marte) o el posible escape de una tapa de acero que cubría un agujero de una explosión nuclear subterránea de 1957 en Nevada (a menos que la tapa se vaporizara al ascender hacia el espacio a una velocidad estimada seis veces superior a la de la Tierra).
La velocidad de escape desde el Sol es de 618 km/s (pero a solo 42 km/s de la posición de la Tierra) y de unos 550 km/s de la posición del Sol en la Vía Láctea. Las estrellas hiperveloces (EHV) tienen velocidades tangenciales de 1000 km/s o más, lo que las hace gravitacionalmente independientes de la Vía Láctea.
Una forma destacada de que las EHV se formen es a partir de una interacción gravitacional con el agujero negro supermasivo Sagitario A*, en el centro de la Vía Láctea.
El mecanismo de Hills, propuesto por primera vez por el astrónomo Jack Hills en 1988, consiste en que una estrella de un par binario es capturada por un agujero negro mientras que la otra es expulsada del agujero negro a gran velocidad.
Esta estrella expulsada se observó por primera vez en 2019, alejándose del núcleo de la Vía Láctea a 1755 km/s (el 0,6 % de la velocidad de la luz), una velocidad mayor que la velocidad de escape del centro galáctico. Estas estrellas también proporcionan evidencia directa de la existencia de agujeros negros supermasivos en los centros galácticos y sus propiedades.
Además, al rastrear las trayectorias de las estrellas fugitivas, los científicos pueden cartografiar el potencial gravitacional de la Vía Láctea (cómo interactúan las masas dentro de la galaxia), incluyendo la distribución de la materia oscura en el halo, el enorme volumen esférico que rodea el disco galáctico.
Con estas motivaciones, tres astrónomos de instituciones científicas de Pekín, junto con el autor principal Haozhu Fu, de la Universidad de Pekín, buscaron estrellas de alta potencia (HVS) comenzando con estrellas RR Lyrae (RRL). Se trata de estrellas gigantes y antiguas que pulsan con períodos de entre 0,2 y un día, y que se encuentran en el disco grueso y el halo de la Vía Láctea, y a menudo en cúmulos globulares. (La Vía Láctea contiene más de 150 cúmulos globulares, de los cuales aproximadamente un tercio se dispone en un halo casi esférico alrededor de su centro).
La luminosidad intrínseca de estas RRL (su producción total de energía) está relativamente bien determinada a partir de una relación que conecta su período de pulsación, su magnitud absoluta y su metalicidad (la abundancia de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, que para los astrónomos son «metales»). Conocer su producción absoluta de energía y la energía recibida en la Tierra permite calcular su distancia a partir de la relación inversa del cuadrado de la distancia.
Un catálogo estelar publicado contenía 8172 RRL del Sloan Digital Sky Survey y un catálogo ampliado contenía 135 873 RRL con metalicidad y distancia estimadas mediante fotometría de Gaia, que consiste en mediciones del brillo de las estrellas observadas por el satélite Gaia lanzado por la Agencia Espacial Europea en 2013.
En la búsqueda de RRL de hipervelocidad, eliminaron casi todas las que no presentaban las propiedades necesarias para su búsqueda, especialmente las mediciones espectroscópicas que proporcionaban velocidades radiales (alejándose del centro galáctico) con incertidumbres suficientemente bajas. Esto redujo drásticamente el conjunto de datos relevante a 165 RRL de hipervelocidad.
A continuación, el grupo analizó la curva de luz de cada estrella y seleccionó los desplazamientos Doppler de 87 de estas estrellas, que eran las estrellas de hipervelocidad más fiables. (De estas, siete tenían una velocidad tangencial superior a 800 km/s). Estas se dividieron en dos grupos: uno concentrado hacia el centro galáctico de la Vía Láctea, y el otro localizado alrededor de las Nubes de Magallanes, Grande y Pequeña, dos galaxias enanas irregulares ubicadas cerca de la Vía Láctea.
Sus ubicaciones y concentraciones sugerían que habían alcanzado la hipervelocidad mediante el mecanismo de Hills (o similar). Muchas experimentaron movimientos que superaron la velocidad de escape de la Vía Láctea, probablemente eyectadas de sus sistemas anfitriones.
El equipo sospecha que futuras observaciones del satélite Gaia y análisis espectroscópicos arrojarán luz sobre el origen de estas eyecciones. Identificar estrellas fugitivas de esta manera permite profundizar en el estudio de las propiedades del halo de la Vía Láctea, con la esperanza de arrojar luz sobre su materia oscura, que sigue siendo uno de los misterios más profundos de la física moderna.
Con información de The Astrophysical Journal (2025)
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