La Vía Láctea Creció Desde Dentro Hacia Fuera

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A continuación se muestra un artículo publicado ayer (24/03) em website en español de la "Agencia FAPESP”, señalando que la Vía Láctea creció desde dentro hacia fuera.

Duda Falcão

Artículos

La Vía Láctea Creció Desde Dentro Hacia Fuera

Por Peter Moon

Agência FAPESP

24 de marzo de 2016

(Imagen: NASA)

Un estudio que contó con la participación de brasileños,

publicado en The Astrophysical Journal Letters, apunta que

la galaxia empezó a formar estrellas primero en su núcleo

y después en dirección a la periferia.

Las primeras entre las centenas de miles de millones de estrellas de la Vía Láctea –las estimaciones varían entre 100 y 400 mil millones– pueden haber empezado a brillar hace 13 mil millones de años, antes incluso de la formación completa de la galaxia.

Ésta es una importante deducción que se desprende de la elaboración de un mapa cronológico pionero de las estrellas más antiguas de la galaxia. La principal conclusión de ese trabajo indica que la galaxia empezó a formar estrellas desde dentro hacia fuera, es decir, primeramente en el núcleo, para luego borbotar en dirección a su periferia, el halo galáctico.

Esto es lo que explican los astrofísicos Rafael Santucci y Vinícius Placco, que participaron en un estudio internacional publicado en The Astrophysical Journal Letters.

El artículo se publicó con el apoyo de la FAPESP. Santucci es doctorando en el Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo, en Brasil, bajo la dirección de tesis de la profesora Silvia Rossi. En tanto, Placco es docente de la University of Notre Dame, en Estados Unidos, y estudió el halo galáctico también con el apoyo de la FAPESP.

Para entender el significado de la investigación es necesario imaginarse el formato de la Vía Láctea. Se trata de una galaxia espiral, cuyos brazos se extienden a partir del núcleo formando un disco de 100 mil años luz de diámetro. Alrededor del núcleo galáctico, la densidad estelar –esto es, la cantidad de estrellas ubicadas cerca unas con otras– es alta.

A esta concentración de estrellas que orbitan cerca del núcleo se les da el nombre de bulbo galáctico. Al alejarse del núcleo, la cantidad de estrellas disminuye y, por consiguiente, el disco galáctico se va afinando hasta llegar a los bordes, en la periferia de la galaxia, donde la densidad estelar se enrarece.

Pero esto es una pequeña parte de la galaxia, la parte visible en la mayoría de los observatorios astronómicos. El disco de la Vía Láctea se encuentra envuelto por el halo galáctico, que constituye un volumen de espacio esférico muchas veces más grande que el disco.

Las dimensiones del halo galáctico son del orden de las varias centenas de miles de años luz. Y el mismo está compuesto fundamentalmente por materia oscura, una materia invisible y desconocida que hace que la galaxia mantenga su cohesión y no se despedace. Pero el halo también está compuesto por nubes de hidrógeno, y por estrellas.

A las estrellas del halo puede dividírselas en tres conjuntos. En el primero se agrupan las decenas de millares situadas en densos conglomerados esféricos llamados cúmulos globulares.

Se conocen alrededor de 150 cúmulos que orbitan la Vía Láctea; pero existen también otros dos conjuntos estelares. Hay estrellas que fueron a parar al halo porque su velocidad de escape hizo que se descarriasen del disco galáctico.

Y están igualmente aquéllas que originariamente pertenecían a otras galaxias pequeñas, pero que terminaron siendo canibalizadas por la Vía Láctea hace miles de millones de años. Estos dos últimos conjuntos de estrellas constituyen los objetos de investigación del trabajo recientemente publicado. Más específicamente, este estudio se orientó hacia un tipo particular de estrellas del halo: las llamadas “estrellas azules de la rama horizontal”.

“Son estrellas gigantes, diez veces mayores que el Sol en promedio, que van camino al ocaso de sus vidas. Ya dejaron atrás su fase joven, cuando quemaban hidrógeno. Ahora se encuentran en la etapa avanzada, fundiendo helio y carbono”, explicó Santucci.

Cuando se les acabe este suministro, se encogerán y se convertirán en enanas blancas, el mismo futuro que le espera al Sol. Los investigadores pretendían reunir una gran cantidad de esas estrellas azules de la rama horizontal para analizar el color de su luz. Así quizá fuese posible estimar su edad.

El cálculo de la edad de una estrella se efectúa con base en la combinación del análisis de su color y también de la firma química de su luz. “Los colores de las estrellas están relacionados con sus temperaturas, que a su vez guardan relación con sus masas, y éstas rigen sus tiempos de vida”, dijo Placco.

Santucci acota que, en el caso específico de esta investigación, “las variaciones de edad que describimos en el trabajo se basaron en los colores”.

En cuanto a los colores de las estrellas, en la mayoría de los casos las estrellas jóvenes y grandes son blancas o azules, y las estrellas de porte mediano, son amarillas o anaranjadas. Las estrellas viejas, que se encaminan hacia el final de sus vidas, se convierten en gigantes rojas para transformarse, en su senilidad, en enanas blancas. “Pero las estrellas azules de la rama horizontal constituyen una excepción a la regla. Mantienen el color azul aun en el ocaso de sus vidas”, dijo Santucci.

La Segunda Generación Estelar

La espectroscopía es el análisis de la firma química de la luz de las estrellas. Cuando la luz que se produce en el núcleo de la estrella escapa, pasando por su atmósfera, cualquier elemento químico presente en dicha atmósfera deja su presencia marcada de manera indeleble, para siempre, en el espectro de aquella luz. Cuando los astrónomos registran la luz de una estrella distante, una de las primeras cosas que hacen es analizar su espectro.

Cuando el Universo empezó su expansión, existían tan sólo tres elementos químicos: el hidrógeno, el helio y una pequeña fracción de litio. Todos los demás elementos se fraguaron en el corazón de la primera generación de estrellas cuyas vidas concluyeron en colosales cataclismos a lo que se les da el nombre de supernovas. Y los restos de esas explosiones sembraron el medio interestelar con todos los elementos que se encuentran en la tabla periódica.

Esa siembra prosiguió y aún prosigue, con las supernovas de las posteriores generaciones de estrellas. Se cree que, debido a su composición química, el Sol sería producto de la evolución de diversas generaciones de estrellas. En su atmósfera hay una gran variedad de elementos químicos.

Al analizar el espectro de la luz de las estrellas, si los astrofísicos están a la caza de astros muy antiguos, buscarán aquéllos cuya firma química indique la presencia de algunos pocos elementos químicos además de hidrógeno, helio y litio, especialmente carbono y nitrógeno, entre otros.

Cuando los científicos encuentran astros con esa composición, esto constituye una fuerte indicación de que se trata de estrellas muy antiguas, pertenecientes a la segunda generación estelar del Universo. “Pueden ser tan antiguas como la Vía Láctea, o más aún”, afirmó Placco.

Un primer trabajo de este género salió publicado en 1991. En él, y con base en el estudio de 150 estrellas, se intentó estimar sus distancias y sus edades. Con respecto a las edades, la labor fue infructuosa. La calidad de los datos a disposición en ese entonces era aún escasa. “Veinticuatro años después, el trabajo de Rafael [Santucci] consistió en elaborar una nueva selección de estrellas”, comentó Placco.

A tal efecto, Santucci buceó en la gigantesca base de datos del proyecto Sloan Digital Sky Survey (SDSS), en Estados Unidos, cuya meta consiste en catalogar centenas de miles de galaxias lejanas. “Pero, como las estrellas de la Vía Láctea están en el medio de ese camino, un subproducto importante del SDSS fue el descubrimiento de muchos miles de estrellas en el halo galáctico”, dijo Santucci.

El científico investigó en los archivos del SDSS y logró pinzar 4.700 estrellas. A partir del estudio de las mismas se creó el primer mapa de las estrellas más antiguas de la Vía Láctea. “La cantidad y la calidad de los datos actualmente a disposición son mucho mayores y mejores que aquéllas del artículo de 1991”, dijo Placco.

Con el mapa de los dos hemisferios (arriba y abajo del disco galáctico) de la Vía Láctea, fue posible descubrir que las estrellas más antiguas se formaron antes, en simultáneo con “el colapso gravitacional de la inmensa nube de gas que formó las estrellas del centro de la Vía Láctea”, según explicó Santucci.

“Nuestro mapa muestra que los objetos más cercanos al centro de la galaxia tienen una edad de alrededor de 13 mil millones de años”, dijo.

A partir de ese entonces, las estrellas siguieron formándose, en orden cronológico, desde el centro hacia fuera. “Nuestro estudio confirma antiguas teorías de la evolución galáctica, que postulaban que las estrellas más antiguas se habrían formado en el centro y las más jóvenes progresivamente en dirección hacia el halo. Pero nadie había demostrado eso antes”, dijo Santucci.

Como este resultado sorprendente no fue anticipado, los autores están escribiendo un nuevo artículo para su envío a la revista Science. “Se trata de un mapa mucho mayor y más preciso, elaborado a partir de una muestra con 100 mil estrellas”, anunció Santucci.

Una evidencia de la originalidad de la investigación de los brasileños surge del trabajo de la competencia en términos académicos. Durante la primera semana de enero, en una reunión de la Asociación Americana de Astronomía, en Florida, se presentó otro mapeo de las edades de las estrellas en la Vía Láctea, en este caso basado en una muestra de 70 mil estrellas gigantes rojas.

El enfoque no recayó sobre el halo, sino sobre el disco galáctico. Y ese trabajo confirmó lo esperado en cuanto al crecimiento de la galaxia: empezó en el centro y creció hacia fuera. La prueba de ello es la abundancia de estrellas antiguas en el medio del disco, según Melissa Ness, del Instituto Max Planck de Astronomía, con sede en Alemania.

Puede leerse el artículo intitulado Chronography of the Milky Way's Halo Systen with Field Blue Horizontal-Branch Stars (doi:10.1088/2041-8205/813/1/L16), de Rafael Santucci, Vinicius Placco y otros, en el siguiente enlace: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2041-8205/813/1/L16.

Fuente: Sitio web de la Agencia FAPESP