Un grupo de estrellas extremadamente antiguas, con órbitas que rozan el plano de nuestra galaxia, podría ser el último vestigio de un sistema masivo que chocó con la Vía Láctea en sus primeras etapas de formación. Los investigadores lo han bautizado provisionalmente como «Loki».
Investigadores del Reino Unido, Canadá, Chile y otros países han analizado en detalle 20 estrellas muy antiguas ubicadas en el vecindario solar, todas ellas siguiendo órbitas inusuales que las mantienen cerca del plano de la Vía Láctea. Los resultados, publicados en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, apuntan a que estas estrellas podrían ser los restos de un antiguo sistema que colisionó con nuestra galaxia hace más de 10.000 millones de años.
Para entender cómo se formó la Vía Láctea, los astrónomos buscan las estrellas más antiguas que existen. Estas estrellas, llamadas de muy baja metalicidad, contienen muy pocos elementos pesados porque nacieron cuando el universo aún era joven y no había habido tiempo suficiente para que las estrellas anteriores fabricaran y esparcieran estos elementos.
Una forma de entender la historia química y de formación de nuestra galaxia es estudiar las reliquias de esas épocas tempranas, explican los autores en la introducción de su artículo.
El equipo, liderado por F. Sestito, seleccionó 20 de estas estrellas ancestrales. Pero no eligieron cualquier estrella: todas ellas se encuentran relativamente cerca del Sol (a menos de 2.000 parsecs, unos 6.500 años luz) y, lo más importante, siguen órbitas que nunca se alejan más de 4.000 parsecs (unos 13.000 años luz) del plano de la Vía Láctea.
De estas 20 estrellas, 11 se mueven en la misma dirección de rotación que la mayoría de las estrellas de la galaxia (órbitas «prógradas»), mientras que 9 se mueven en sentido contrario (órbitas «retrógradas»). Todas ellas tienen órbitas muy alargadas o excéntricas, con valores entre 0,5 y 0,9 (donde 0 sería un círculo perfecto y 1 una línea recta).
Una química peculiar que los distingue
Para analizar la composición de estas estrellas, los científicos utilizaron espectros de muy alta calidad obtenidos con el instrumento ESPaDOnS, instalado en el telescopio Canada-Francia-Hawaii. Este instrumento descompone la luz de las estrellas en sus colores fundamentales, como un arcoíris, permitiendo identificar los elementos químicos presentes en ellas.
Los resultados mostraron algo sorprendente. Aunque en los gráficos tradicionales estas estrellas parecían mezclarse con el resto de estrellas antiguas del «halo» galáctico (la envoltura esférica que rodea nuestra galaxia), un análisis más profundo reveló diferencias significativas.
Nuestras estrellas muestran una dispersión más estrecha en las abundancias químicas que la del halo y que la del bulbo (el núcleo de la galaxia) con la misma metalicidad, señalan los investigadores. En otras palabras, mientras que las estrellas del halo galáctico muestran una gran variedad de composiciones químicas (como una sopa hecha con muchos ingredientes diferentes), estas 20 estrellas son químicamente muy similares entre sí.
Para comprobarlo, los astrónomos utilizaron dos métodos distintos. Primero, construyeron árboles filogenéticos químicos, similares a los que se usan para estudiar la evolución de las especies, pero aplicados a las estrellas según su composición. El resultado fue claro: todas estas estrellas, excepto una, forman un grupo muy cohesionado.
En segundo lugar, compararon la dispersión química de sus estrellas con la de otros grupos. Calcularon que la dispersión en las abundancias de elementos como magnesio, calcio o titanio en estas estrellas es significativamente menor que en el halo galáctico. De hecho, es comparable a la que se observa dentro de una única galaxia enana.
La dispersión química de nuestras estrellas es muy similar a la de un sistema cerrado, afirman los autores.
¿Un solo sistema o dos?
Una de las preguntas más interesantes que plantea este descubrimiento es si todas estas estrellas provienen de un único sistema que fue absorbido por la Vía Láctea, o si proceden de dos sistemas diferentes (uno para las estrellas prógradas y otro para las retrógradas).
Para responder a esta pregunta, los investigadores recurrieron a simulaciones cosmológicas de alta resolución llamadas NIHAO-UHD. Estas simulaciones muestran que es perfectamente posible que un único sistema que choca con la Vía Láctea en sus etapas más tempranas, antes de que se formara el disco galáctico, pueda dispersar sus estrellas tanto en órbitas prógradas como retrógradas cerca del plano.
Las simulaciones indican que el sistema acretado se fusionó con la proto-Vía Láctea en formación con un ángulo de inyección de aproximadamente 40 grados, explican. Debido a la poca profundidad del potencial gravitatorio de la proto-galaxia y a la falta de rotación neta en el proto-disco, el sistema pudo dispersar su contenido estelar principalmente dentro del proto-disco en formación, con parte del material dispersándose en configuraciones retrógradas.
Además, cuando compararon las propiedades de las estrellas prógradas y retrógradas dentro de su muestra, no encontraron diferencias químicas significativas entre ambos grupos. Esto apoya la hipótesis de un origen común.
La hipótesis de Loki: un sistema del tamaño de una galaxia enana
Si efectivamente todas estas estrellas provienen de un único sistema que fue absorbido por la Vía Láctea, los investigadores han propuesto bautizarlo provisionalmente como Loki (en la mitología nórdica, un dios travieso conocido por crear caos, aunque los autores matizan que no es ni completamente bueno ni completamente malo).
Utilizando modelos de evolución química galáctica, los científicos han estimado cuál sería la masa de este sistema. Para ello, asumieron que las estrellas se formaron en un sistema cerrado, sin entrada ni salida de gas, y que la tasa de formación estelar fue constante a lo largo del tiempo.
Los cálculos indican que la masa total de materia bariónica (es decir, la materia normal que forma estrellas y gas) de este sistema sería de aproximadamente 1.400 millones de veces la masa del Sol.
Este valor es similar al de las galaxias enanas clásicas del Grupo Local, por ejemplo, las Nubes de Magallanes tienen una masa bariónica de unos 900 millones y 2.000 millones de masas solares respectivamente, comparan los autores.
Esta masa también coincide con la del sistema simulado en las simulaciones NIHAO-UHD, que tenía una masa estelar de 320 millones de masas solares, una masa de gas de 6.400 millones de masas solares, y una masa de halo de materia oscura de 49.000 millones de masas solares.
En el caso de que las estrellas prógradas y retrógradas provinieran de dos sistemas diferentes, la masa total sería aproximadamente el doble, unos 2.800 millones de masas solares.
Otras estructuras similares pero no iguales
Los astrónomos han identificado en los últimos años muchas estructuras estelares que podrían ser restos de antiguas colisiones: Nyx, Aleph, Shiva, Shakti, Sequoia, Thamnos, entre otras. Sin embargo, ninguna parece coincidir completamente con las características de este nuevo grupo.
Shiva y Shakti, por ejemplo, fueron descubiertas recientemente y se encuentran en órbitas también cercanas al plano. Pero cuando los investigadores compararon las posiciones de sus estrellas en el «espacio de acciones» (una forma de representar las órbitas), encontraron que el grupo de Loki ocupa una región diferente.
La posición de los marcadores relativos a las estructuras conocidas no representa estrellas reales, ya que están aleatorizados a partir de la mediana de sus cantidades de acción, aclaran los autores.
Mediante un algoritmo de visualización llamado t-SNE, que agrupa objetos según sus propiedades químicas (sin usar información sobre sus órbitas), los investigadores comprobaron que sus estrellas se agrupan juntas y se separan claramente de la mayoría de las estrellas del halo galáctico.
¿Formadas dentro de la Vía Láctea o fuera?
Una cuestión fundamental que el estudio no puede resolver completamente es si estas estrellas se formaron dentro de la propia Vía Láctea («in situ») o si llegaron de fuera («acretadas»).
Tradicionalmente, los astrónomos utilizan el diagrama de [Mg/Mn] frente a [Al/Fe] para distinguir estrellas formadas dentro de la galaxia de las que llegaron de sistemas acretados. Las estrellas formadas en el disco galáctico suelen ocupar una región diferente a las que provienen de fuera.
Sin embargo, los investigadores advierten de que esta herramienta pierde eficacia cuando se analizan estrellas muy pobres en metales como las de su muestra.
Ante la falta de un potente diagnóstico químico en el régimen de muy baja metalicidad, no podemos descartar firmemente el escenario in situ basándonos únicamente en este espacio químico, reconocen los autores.
Es posible que las estrellas más antiguas que se formaron dentro de la proto-Vía Láctea tengan composiciones químicas muy similares a las de sistemas acretados, porque en aquellos tiempos tan remotos la química de la galaxia aún no había tenido tiempo de diversificarse.
Una población diversa
Cuando los investigadores ampliaron su mirada para incluir otras estrellas en órbitas planares pero con diferentes propiedades orbitales (por ejemplo, órbitas más circulares en lugar de excéntricas), encontraron una imagen mucho más diversa.
Recopilando datos de otros estudios que incluyen desde estrellas ultrapobres en metales (con menos del 0,01% de la cantidad de hierro del Sol) hasta estrellas moderadamente pobres, descubrieron que la población total de estrellas con órbitas cercanas al plano es muy heterogénea químicamente.
La amplia gama de [X/Fe] entre esta gran recopilación de estrellas planetarias no puede ser completamente reconciliada por sistemáticas en el análisis químico entre los diferentes trabajos, concluyen.
Por ello, proponen que múltiples sistemas con diferentes historias de enriquecimiento químico contribuyeron a la población global de estrellas en órbitas cercanas al plano. Lo que hace especial a su muestra es la combinación de órbitas muy excéntricas y una notable homogeneidad química.
El próximo paso será esperar a los grandes sondeos espectroscópicos que están por venir, como WEAVE (en el telescopio William Herschel de La Palma) y 4MOST (en el observatorio de Paranal en Chile). Estos instrumentos proporcionarán muestras mucho más grandes y homogéneas de estrellas muy pobres en metales, lo que permitirá confirmar o refutar la existencia de Loki y caracterizar mejor las propiedades de este posible sistema ancestral.
Mientras tanto, estas 20 estrellas permanecen como silenciosos testigos de una época remota en la historia de nuestra galaxia, cuando la Vía Láctea aún se estaba formando y sistemas enteros caían en ella, dejando sus estrellas dispersas como un rastro de migajas cósmicas.
Algunas de esas migajas, como las que ahora estudian estos astrónomos, acabaron en órbitas sorprendentemente cercanas al plano galáctico, esperando pacientemente durante más de 10.000 millones de años a que alguien descifrara su historia.
Fuente: labrujulaverde.com
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