Durante los últimos dos años, los astrónomos han reescrito la historia de nuestra galaxia.
Una simulación digital de la colisión de una gran galaxia, similar a la Vía Láctea, con una galaxia enana. Los astrónomos creen que estuvo involucrado en al menos una de esas colisiones durante la formación de la Vía Láctea.
Representantes de los pueblos Khoisan de África Negra , al observar la franja sinuosa de estrellas y polvo que separa el cielo nocturno, vieron las brasas de un fuego en él. Los marineros polinesios vieron un tiburón en el cielo devorando nubes. Los antiguos griegos vieron el flujo de leche, y llamaron a este camino "lechoso" - galaxias - de donde vino más tarde el término " galaxia ".
En el siglo XX, los astrónomos descubrieron que nuestro río plateado es solo parte de una enorme isla de estrellas, después de lo cual escribieron su propia historia del origen de la Galaxia [cuando quedó claro que la Vía Láctea no es la única galaxia, la La palabra "Galaxy" con una letra mayúscula se dejó como otro nombre propio para la Vía Láctea / aprox. por.]. En pocas palabras, la Vía Láctea fue creada hace unos 14 mil millones de años por la fusión de enormes nubes de gas y polvo bajo la influencia de la gravedad. Con el tiempo, aparecieron dos estructuras características: primero un enorme "halo" esférico, y luego, un disco denso y brillante. Pasaron miles de millones de años y nuestro propio sistema solar apareció dentro del disco. Y ahora, mirando al cielo por la noche [en un área con contaminación lumínica relativamente baja / aprox. por.] vemos leche derramada, o un disco que se extiende en el cielo desde el costado de la costilla.
Sin embargo, durante los últimos dos años, los investigadores han reescrito casi todos los capítulos principales de la historia de la Galaxia. ¿Que pasó? Obtuvieron datos de mejor calidad.
El 25 de abril de 2018, la nave espacial europea Gaia publicó una cantidad asombrosa de información sobre el cielo. Lo más importante es que los datos recopilados durante el año por el aparato contenían una descripción detallada del movimiento de aproximadamente mil millones de estrellas. En estudios anteriores, solo se marcaron unos pocos miles. Estos datos revivieron una galaxia previamente estática. "Gaia lanzó una nueva revolución", dijo Federico Sestito , astrónomo del Observatorio Astronómico de Estrasburgo en Francia.
Los astrónomos se apresuraron a descargar un mapa dinámico de las estrellas, tras lo cual apareció toda una cascada de descubrimientos. Se ha descubierto, por ejemplo, que algunas partes del disco son imposiblemente antiguas. Se han encontrado pruebas de colisiones épicas que dieron forma a la juventud caliente de la Vía Láctea, así como indicios de que la galaxia continúa mezclándose de formas inesperadas hasta el día de hoy.
El satélite Gaia revolucionó la comprensión de la Vía Láctea desde su lanzamiento en diciembre de 2013.
Todos estos resultados juntos constituyen una nueva historia del turbulento pasado de nuestra Galaxia y su continuo desarrollo en el futuro. "Nuestra comprensión de la Vía Láctea cambió muy rápidamente", dijo Michael Petersen , astrónomo de la Universidad de Edimburgo. “Ahora se cree que la Vía Láctea no es un objeto estático. Todo está cambiando muy rápidamente en todo su ámbito ".
Las primeras estrellas
Para echar un vistazo a los primeros días de la Galaxia, los astrónomos están buscando las estrellas que existían en ese momento. Consistían solo en hidrógeno y helio, los materiales más primordiales del universo. Afortunadamente, las estrellas más pequeñas de esa generación también arden mucho más lento que el resto, por lo que muchas siguen brillando.
Después de décadas de observación, los investigadores compilaron un catálogo de 42 estrellas antiguas conocidas como estrellas ultra pobres en metales (los astrónomos llaman "metal" a cualquier cosa más pesada que el helio). Según la historia estándar del desarrollo de la Vía Láctea, estas estrellas deberían colgar alrededor de todo el volumen del halo, la parte de la Galaxia que apareció en primer lugar. Y el disco, que, según los cálculos, debería haber tardado unos mil millones de años en girar y aplanarse, debería estar poblado de estrellas con elementos más pesados, como carbono u oxígeno.
A finales de 2017, Sestito decidió estudiar el movimiento de este enjambre pobre en metales, redactando un programa que analiza los resultados obtenidos en el proyecto Gaia. Quizás sus trayectorias sobre la esfera podrían sugerir la historia del halo.
Obtuvo información sobre las trayectorias de 42 estrellas antiguas de un conjunto de datos completo. Resultó que la mayoría de ellos, como se predijo, se movieron dentro del halo. Sin embargo, algunos, aproximadamente 1 de cada 4, se movieron de manera diferente. Parecían estar atrapados en el plano del disco, la sección más joven de la Vía Láctea. “Qué diablos,” se preguntó Sestito, aunque en ese momento usó una palabra ligeramente diferente. - ¿Que esta pasando?"
Investigaciones posteriores confirmaron que estas estrellas llevan mucho tiempo en el disco y no son solo turistas que lo atraviesan. Basándose en dos observaciones recientes, Sestito y sus colegas han reunido una biblioteca de 5.000 estrellas pobres en metales. Varias docenas de ellos resultaron definitivamente ser residentes permanentes del disco.... Otro grupo de científicos peinó otras 500 estrellas encontradas durante otra observación y descubrió que una de cada diez órbitas se encuentra en el plano del disco. El tercer grupo de científicos estudió varias estrellas de diferente metalicidad (y, por lo tanto, diferentes edades), orbitando dentro de un disco plano. "Era algo completamente nuevo", dijo la autora principal Paola di Matteo, astrónoma del Observatorio de París.
¿Cómo llegaron estos anacronismos? Sestito teorizó que los cúmulos individuales de gas antiguo de alguna manera lograron evitar todos los metales erupcionados por supernovas durante largos períodos de tiempo, después de lo cual se formaron estrellas engañosamente antiguas a partir de este gas. O el disco comenzó a tomar forma al mismo tiempo que el halo, mil millones de años antes de lo previsto.
Para averiguar cuál de estas suposiciones es más probable, se puso en contacto con Tobias Buck , un investigador del Instituto Astrofísico de Potsdam en Alemania que se especializa en la creación de simulaciones digitales de galaxias. En el pasado, tales intentos normalmente daban como resultado que el halo se formara primero y el disco se formara posteriormente, como se esperaba. Sin embargo, estos intentos tuvieron una resolución relativamente baja.
En estas simulaciones digitales, una galaxia similar a nuestra propia Vía Láctea se ha estado formando y evolucionando durante 13,8 mil millones de años, desde el comienzo del universo hasta la actualidad. La columna de la izquierda muestra la distribución de la materia oscura invisible. En promedio, la temperatura del gas (azul - áreas frías, rojo - caliente). A la derecha está la densidad de estrellas. Las filas son responsables de la escala: la fila superior es una vista cercana del disco galáctico. El del medio está un poco más lejos, con vistas al halo. La inferior es una vista lejana que muestra los alrededores de la galaxia.
Buck aumentó la resolución de las simulaciones unas 10 veces. Cada ejecución de dicha simulación requirió importantes recursos computacionales. Y aunque tuvo acceso al centro de supercomputadoras. Leibniz en Alemania, una simulación tomó aproximadamente tres meses de tiempo de computación. Y lo repitió seis veces.
Cinco de cada seis veces resultó ser un gemelo de la Vía Láctea. En dos de estas simulaciones, el disco contenía cantidades significativas de estrellas pobres en metales.
¿De dónde provienen estas estrellas antiguas en el disco? En otras palabras, eran inmigrantes estrella. Algunos de ellos nacieron en nubes que aparecieron antes de la Vía Láctea. Entonces estas estrellas de las nubes simplemente terminaron en tales órbitas que en el futuro formarán parte del disco galáctico. Otras estrellas se originan en galaxias enanas que chocaron con la Vía Láctea y entraron en el plano del disco en formación.
Resultados publicadosLos investigadores en noviembre de 2020 sugieren que los modelos clásicos de formación de la Galaxia estaban incompletos. Las nubes de gas en realidad colapsan en halos esféricos. Pero las estrellas que llegan a ángulos adecuados pueden desencadenar la formación de discos al mismo tiempo. "Los teóricos no estaban equivocados", dijo Buck. "Simplemente se perdieron parte del panorama general".
Juventud tormentosa
Las dificultades no terminaron ahí. Gaia ayudó a descubrir evidencia directa de enfrentamientos catastróficos. Los astrónomos ya asumieron que la Vía Láctea tenía una vida activa, pero Helmer Koppelman , que trabaja en el Instituto de Investigación Avanzada de Princeton, utilizando datos de Gaia, pudo encontrar restos específicos de una de las fusiones más grandes.
Koppelman recuerda que los datos de Gaia se publicaron en abril de 2018 el miércoles, y debido a la frenética carrera de descarga de archivos, el sitio web del proyecto prácticamente se detuvo. El jueves procesó los datos y el viernes supo que había tropezado con algo grande. En todas direcciones, había un gran número de estrellas rebotando de un lado a otro en el centro de la Vía Láctea de una manera similar y extraña. Esto fue evidencia de que aparecieron en una galaxia enana. Para el domingo, Koppelman y su equipo tenían listo un breve artículo científico y en junio estaba listo un análisis más detallado .
Los restos de las galaxias en colisión se pueden encontrar en cualquier lugar. Hasta la mitad de las estrellas en el halo interior de 60.000 años luz de diámetro (el halo en sí tiene un radio de cientos de miles de años luz) podrían haber aparecido como resultado de esta única colisión. Podría aumentar la masa total de la Vía Láctea en un 10%. "Esto lo cambia todo", dijo Koppelman. "Esperaba que hubiera muchos objetos pequeños diferentes".
Simulación que muestra la formación y el desarrollo de una galaxia como la Vía Láctea durante 10 mil millones de años. Muchas galaxias pequeñas y enanas caen en el disco principal y, a menudo, forman parte de él.
El grupo nombró a la galaxia que colisionó con la nuestra, Gaia Encelado, en honor a la diosa griega Gaia y su hijo de Titán, Encelado. Otro equipo descubrió de forma independiente la misma galaxia casi al mismo tiempo y la llamó "Salchicha" por su forma en algunos mapas orbitales.
Después de la colisión de la Vía Láctea y Gaia-Encelado, que ocurrió probablemente hace unos 10 mil millones de años, un daño masivo se ha extendido por el frágil disco de la Vía Láctea. Los astrónomos discuten sobre por qué el disco de nuestra galaxia consta, por así decirlo, de dos: un disco delgado y otro más grueso, en el que las estrellas que giran alrededor del centro de la galaxia saltan hacia arriba y hacia abajo. Hoy , la investigación de Di Matteo sugiere que Gaia Enceladus simplemente abrió una gran parte del disco, haciéndolo más grueso durante el impacto. “El primer disco antiguo se formó bastante rápido y luego, como creemos, Gaia-Enceladus simplemente lo destruyó”, dijo Koppelman.
En los cúmulos de estrellas globulares, también se pueden encontrar indicios de otras fusiones. Diederik Kruissen , astrónomo de la Universidad de Heidelberg en Alemania, usó simulaciones de galaxias para entrenar una red neuronal que exploró cuidadosamente los cúmulos globulares. Lanzó una red para estudiar la edad, composición y órbitas de los clústeres. A partir de los datos obtenidos, la red neuronal pudo recrear las colisiones que formaron galaxias. Y luego aplicó esta información a datos reales de la Vía Láctea. El programa reconstruyó eventos conocidos, como la colisión con Gaia-Encelado, y una confluencia más antigua y significativa, que un grupo de científicos denominó Kraken.
En agosto, el grupo Kruissen publicó una lista de fusionesLa Vía Láctea y las galaxias enanas que la formaron. Los científicos también predijeron 10 colisiones más que ocurrieron en el pasado, que esperaban obtener de observadores independientes. "No hemos encontrado estas diez colisiones todavía", dijo Cruissen, "pero lo haremos".
Todas estas fusiones han llevado a algunos astrónomos a creer que el halo puede estar compuesto casi en su totalidad por estrellas inmigrantes. Los modelos de los años 60 y 70 predijeron que la mayoría de las estrellas de la Vía Láctea se formarían en su lugar. Pero con el tiempo, más y más estrellas resultan ser extraterrestres. Probablemente, los astrónomos ya no necesitan asumir que muchas, o incluso ninguna estrella, nacieron en el lugar, dice di Matteo.
Una galaxia en crecimiento silencioso
La historia de la Vía Láctea ha sido bastante tranquila últimamente, pero los recién llegados continúan luchando por lograrla. Los amantes de la astronomía del hemisferio sur pueden ver un par de galaxias enanas, las Nubes de Magallanes Grandes y Pequeñas, a simple vista . Los astrónomos han considerado durante mucho tiempo estos dos satélites leales de nuestra Galaxia, algo así como las lunas de la Vía Láctea.
Pero luego, varias observaciones del telescopio Hubble, realizadas entre 2006 y 2013, mostraron que se parecían más a meteoritos volando hacia nosotros. Nitya Kallivayalil , astrónomo de la Universidad de Virginia, calculó que se dirigen directamente hacia nosotros a una velocidad de unos 300 km / s, casi el doble de lo que se pensaba anteriormente.
El ascenso de las Nubes de Magallanes Grandes y Pequeñas sobre el Monte Bromo, un volcán activo en el Parque Nacional de la Isla de Java en Indonesia,
cuando un equipo dirigido por el astrónomo Jorge Penarrubia , un astrónomo del Observatorio Real de Edimburgo, procesó los datos unos años más tarde, llegaron a la conclusión de que estas nubes de velocidad deben ser muy masivas, probablemente 10 veces más duras de lo que se pensaba.
“Sorpresa tras sorpresa”, dijo Peñarrubia.
Varios grupos han predicho que enanos inesperadamente pesados podrían arrastrar partes de la Vía Láctea, y este año Peñarrubia se asoció con Petersen para encontrar evidencia de esto.
El problema de estudiar el movimiento de las galaxias es que la Vía Láctea es una furiosa tormenta de estrellas, y los astrónomos están tratando de mirar desde uno de los copos de nieve. Por lo tanto, Peñarrubia y Petersen resolvieron durante la mayor parte de la cuarentena cómo neutralizar los movimientos de la Tierra y el Sol, así como promediar el movimiento del halo estelar para que su límite exterior pudiera servir como fondo estacionario.
Después de calibrar los datos de esta manera, encontraron que la Tierra, el Sol y el resto del disco en el que se encontraban se inclinaban en la misma dirección. Pero no se están moviendo a la ubicación actual de la Gran Nube de Magallanes, sino al lugar donde estaba hace mil millones de años (Petersen explicó que la Galaxia es una bestia torpe con reflejos lentos). Ellos recientemente detallaronsus descubrimientos en la revista Nature Astronomy.
El movimiento del disco en relación con el halo destruye la suposición fundamental de que existe un equilibrio en la Vía Láctea. Puede girar y deslizarse por el espacio, pero la mayoría de los astrónomos asumieron que después de miles de millones de años, el disco adulto y el halo habían formado una configuración estable.
El análisis de Peñarrubia y Petersen prueba que este supuesto es falso. Incluso después de 14 mil millones de años, las fusiones continúan dando forma a la forma general de la galaxia. Este es el cambio más reciente en nuestra comprensión de los procesos que tienen lugar en la corriente lechosa gigante que cuelga en nuestro cielo.
“Ahora necesitamos un nuevo modelo para describir el futuro y la historia de la Vía Láctea, que pensamos que ya se conocía”, dijo Petersen.