Los años salvajes de nuestra Vía Láctea

Los años salvajes de nuestra Vía Láctea


26 de marzo de 2022

(Noticias de Nanowerk) Hace mucho tiempo, nuestra Vía Láctea tuvo una vida realmente agitada: hace unos 13-8 mil millones de años, vivió duro y rápido, fusionándose con otras galaxias y consumiendo mucho hidrógeno para formar estrellas. Usando un nuevo conjunto de datos, Maosheng Xiang y Hans-Walter Rix del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg han reconstruido los turbulentos años de adolescencia de nuestra galaxia natal. Para ello, los investigadores tuvieron que determinar la edad exacta de 250.000 estrellas de la Vía Láctea. Nuestra Vía Láctea consta de diferentes componentes The Architectural Galaxy: Our Milky Way consta de varios componentes. En particular, los investigadores de Max Planck ahora han reconstruido la historia de los discos gruesos y delgados. (Imagen: Stefan Payne-Wardenaar / MPIA)

Comprender la historia de la formación y evolución de nuestra galaxia natal es un objetivo importante de la astronomía y la astrofísica, y una avalancha de «big data» de alta calidad ha llevado a avances impresionantes en los últimos años. El nuevo estudio (naturaleza, «Una imagen resuelta en el tiempo de la historia de la formación temprana de nuestra Vía Láctea») de Xiang y Rix representa un gran paso adelante en la datación de las diversas fases de la historia temprana de la Vía Láctea con mucha más precisión. Esto fue posible gracias a un análisis único que logró determinar las edades de 250.000 estrellas.

Según nuestra comprensión actual, nuestra galaxia natal pasó por varias fases. Durante la «fase bebé» (no es un término oficial en astronomía), pequeñas galaxias progenitoras ricas en gas se fusionaron en un conglomerado que luego se convirtió en nuestra Vía Láctea. Debido a que estas galaxias no chocaron de frente, le dieron un giro a la estructura resultante, presumiblemente alisándola en lo que vemos hoy como el llamado disco grueso de nuestra Vía Láctea: gas y estrellas en un panqueque plano, 100,000 luz- años de ancho y 6.000 años luz de ancho.

También ha habido otras fusiones con galaxias un poco más pequeñas que la Vía Láctea. Crearon lo que se llama el halo estelar que rodea el disco de la Vía Láctea y, en general, sacudieron las cosas. Los años «adultos» que siguieron fueron mucho más tranquilos e incluyeron una actividad constante de formación de estrellas en el llamado disco delgado, que es más joven y tiene solo unos 2000 años luz de espesor. Vista de pájaro: esta imagen muestra la Vía Láctea desde arriba, revelando los brazos espirales de la galaxia, de unos 100.000 años luz de diámetro. Esta imagen muestra la Vía Láctea desde arriba Vista de pájaro: esta imagen muestra la Vía Láctea desde arriba, revelando los brazos espirales de la galaxia, de unos 100.000 años luz de diámetro. (Imagen: Stefan Payne-Wardenaar / MPIA)

El nuevo hallazgo de Xiang y Rix ahora desarrolla con más detalle que nunca la historia de los años productivos de la adolescencia de la Vía Láctea, hace aproximadamente entre 13 y 8 mil millones de años. La clave de esta reconstrucción fue que los astrónomos pudieron determinar con precisión las edades de unas 250.000 estrellas individuales. En astronomía, esto es cualquier cosa menos fácil. Pero hay un tipo de estrella llamada «subgigante» cuya edad se puede leer directamente observando la temperatura y el brillo de la superficie de una estrella. La desventaja es que los subgigantes son raros: solo un pequeño porcentaje de las estrellas en nuestra Vía Láctea se encuentran en esta breve etapa de sus vidas en un momento dado.

Afortunadamente, los estudios completos más recientes brindan datos de alta calidad para una cantidad impresionante de estrellas, lo suficiente como para incluir numerosos ejemplos incluso para los tipos de estrellas más raros: el Early Data Release 3 de la misión Gaia de la ESA, publicado en diciembre de 2020, proporciona datos de posición y distancias para casi 1, 5 mil millones de estrellas y la séptima publicación de datos de la encuesta LAMOST, lanzada en 2021, más de 9 millones de espectros estelares que contienen información sobre la temperatura y la composición química de las estrellas. Al combinar la información de estos estudios, Xiang y Rix pudieron crear su extenso conjunto de datos de estrellas de edades conocidas.

La imagen resultante es notablemente clara. Al clasificar las estrellas por edad y composición química, los astrónomos pudieron al menos leer los contornos de las historias adolescentes de las galaxias como un libro abierto, y la información de la edad les permitió decir cuándo ocurrieron las diferentes etapas.

En los primeros días, todo se desarrolló en lo que ahora llamamos el halo estelar y el disco grueso que se formó a partir de una entrada inicial de gas. Lo que Xiang y Rix encontraron fue que hace unos 11 mil millones de años, se formó una cantidad extraordinaria de nuevas estrellas en nuestra galaxia en un corto período de tiempo. Es muy probable que este pico se deba a una fusión en particular: la llamada Gaia Encelado/Salchicha, una galaxia satélite cuyos restos interrumpidos por la fusión fueron descubiertos y nombrados en 2018 por dos grupos competidores utilizando datos de Gaia.

En sus datos, Xiang y Rix pudieron ver que un pico prominente de formación de estrellas en el disco grueso hace 11 mil millones de años coincidió con la aparición repentina de numerosas estrellas cuyas órbitas habían cambiado repentina y drásticamente. Este último es una consecuencia aparente de la perturbación gravitatoria de la fusión, lo que sugiere que el pico de formación estelar en la Vía Láctea no solo coincidió con la fusión Gaia Encelado/Salchicha, sino que fue plausiblemente una consecuencia de ella: las ondas de choque de la colisión de las masas de gas de la galaxia fusionada que contiene el gas en nuestra propia galaxia pueden haber provocado el colapso de la nube de gas y la formación de estrellas.

Después del final de la turbulenta era dominada por las fusiones, el grueso disco continuó la formación de estrellas de una manera inusualmente productiva. El número total de estrellas formadas sugiere que el disco grueso contenía cantidades impresionantes de gas desde el principio. Eso también explicaría su grosor: el gas no tenía que asentarse perpendicularmente en un disco delgado para crear las condiciones adecuadas para que se formaran muchas estrellas. Con tanto gas adecuado, parecía fácil crear nuevas estrellas.

Cuando se forman nuevas estrellas, las estrellas masivas en particular producen muchos elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, lo que los astrónomos denominan confusamente «metales». Los elementos más pesados ​​tienden a agruparse cerca de las regiones centrales de la galaxia. Por lo tanto, las estrellas que se forman en estas regiones contendrán más metales que las estrellas que se forman en las afueras.

Pero la muestra recolectada por Xiang y Rix muestra lo contrario: desde los primeros tiempos posibles visibles en los datos: ¡hace 13 mil millones de años, solo 800 millones de años después del Big Bang! – Hasta el cambio de ritmo de hace 8 mil millones de años, todas las estrellas que se forman en un momento dado parecen tener el mismo contenido de metal. El contenido de metal en sí mismo cambia con el tiempo: cuanto más antigua es una estrella, menos metal contiene.

La explicación más simple es que hubo una mezcla completa de gases en el disco grueso durante todo este tiempo. Este es un hallazgo clave del nuevo estudio. De esta forma, todas las estrellas nacidas al mismo tiempo heredarían la misma composición química, aumentando la proporción de elementos pesados ​​con el tiempo a medida que el gas se va contaminando más -los astrónomos lo llaman enriquecido- con los productos de los procesos de fusión nuclear. de generaciones anteriores de estrellas.

Hace unos 8.000 millones de años, según muestran los nuevos datos, los años productivos de la adolescencia llegaron a su fin. Presumiblemente, esto se debió a que el disco grueso había consumido gran parte de su gas de hidrógeno inicial. Aparentemente, sin embargo, todavía había una afluencia constante de cantidades moderadas de gas de hidrógeno fresco del espacio intergaláctico. Después de que la actividad de formación de estrellas en el disco grueso casi había cesado, se permitió que este gas se asentara lentamente en un disco propio. Sin embargo, dado que no se infiltraba tanto gas, este disco tuvo que contraerse mucho más, hasta un espesor de solo unos 2000 años luz, para lograr las condiciones adecuadas para la formación estelar (moderada).

El resultado fue lo que ahora llamamos el disco delgado extendido de nuestra galaxia. La larga y casi aburrida edad adulta de nuestra galaxia natal había comenzado. Otra fuerte colisión y fusión con una galaxia más pequeña podría haber animado un poco las cosas, pero eso no sucedió para nuestra galaxia, un destino bastante inusual en comparación con otras galaxias. Sin embargo, la tendencia general está lejos de ser inusual: una fase anterior productiva seguida de una vida tranquila parece ser la norma para la evolución de las galaxias, según las simulaciones informáticas actuales.

Esta es la versión reconstruida recientemente refinada de la historia de nuestra galaxia. Y lo que puede parecer obvio para una representación de la historia humana (eventos importantes y sus fechas) es bastante inusual para la astronomía. Es muy difícil datar de manera confiable los eventos en la historia cósmica de nuestra galaxia natal. Que el nuevo estudio haya logrado esto y haya podido crear una línea de tiempo detallada de los años de adolescencia de nuestra galaxia es un gran paso adelante.



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