La evolución de la Vía Láctea.

La misión Gaia de la ESA ha dado un paso fundamental en el camino para desentrañar la historia de la Vía Láctea. 

Un evento fundamental en la formación de la Vía Láctea. La impresión artística de la fusión entre la galaxia Gaia-Enceladus y nuestra Vía Láctea, que tuvo lugar durante las primeras etapas de formación de nuestra Galaxia, hace 10 mil millones de años. Los astrónomos descubrieron este importante evento en la historia de la formación de la Vía Láctea después de descubrir una "colección extraña" de estrellas que se mueven a lo largo de trayectorias alargadas en dirección opuesta a la mayoría de los otros cien mil millones de estrellas de la Galaxia, incluido el Sol. El descubrimiento fue posible gracias a la segunda publicación de datos de la misión Gaia de la ESA y su extraordinaria precisión. Las posiciones y movimientos de las estrellas en Gaia-Enceladus (representadas con flechas amarillas) en esta fase temprana de la fusión se basan en una simulación por computadora que modela un encuentro similar al descubierto por Gaia. Copyright ESA (impresión y composición del artista); Koppelman, Villalobos y Helmi (simulación); NASA / ESA / Hubble (imagen de galaxia), CC BY-SA 3.0 IGO.

En lugar de formarse sola, nuestra Galaxia se fusionó con otra de gran tamaño en una fase temprana, hace unos diez mil millones de años. Las pruebas se acumulan a nuestro alrededor en el espacio, pero ha tenido que ser Gaia, con su extraordinaria precisión, la que nos ha mostrado aquello que permanecía oculto a plena vista.

Gaia mide la posición, el movimiento y el brillo de las estrellas con un nivel de precisión sin precedentes.

A partir de los primeros 22 meses de observaciones, un equipo de astrónomos liderado por Amina Helmi, de la Universidad de Groningen (Países Bajos), estudió siete millones de estrellas —aquellas cuyas velocidades y posiciones tridimensionales completas están disponibles— y halló que unas treinta mil formaban un extraño conjunto que se desplaza por la Vía Láctea. En concreto, las estrellas observadas están cruzando por nuestro vecindario solar.

Nos encontramos tan inmersos en este conjunto que sus estrellas nos rodean casi completamente, por lo que pueden verse por casi todo el firmamento.

Rodaje estelar de fusión galáctica en la Vía Láctea. Impresión artística de los restos
de la galaxia Gaia-Enceladus. Gaia-Enceladus se fusionó con nuestra galaxia la
Vía Láctea durante sus primeras etapas de formación, hace 10 mil millones de años
y sus escombros ahora se pueden encontrar en toda la Galaxia. Los astrónomos
descubrieron este importante evento en la historia de la formación de la Vía Láctea
después de descubrir una "colección extraña" de estrellas que se mueven a lo largo
de trayectorias alargadas en dirección opuesta a la mayoría de los otros cien mil
millones de estrellas de la Galaxia, incluido el Sol. El descubrimiento fue posible
gracias al segundo lanzamiento de datos de la misión Gaia de la ESA y su extraordinaria
precisión. Las posiciones y los movimientos de las estrellas (que se muestran con
flechas amarillas) representan las de las estrellas que originalmente pertenecían a
Gaia-Enceladus. Se han extraído de una simulación por ordenador existente de
una fusión con características similares a la descubierta por Gaia. Copyright ESA
(impresión y composición del artista); Koppelman, Villalobos y Helmi (simulación),
CC BY-SA 3.0 IGO.

Aunque mezcladas con otras estrellas, las pertenecientes a este conjunto llamaron la atención en los datos de Gaia porque todas se mueven en trayectorias alargadas en sentido contrario a la mayoría de los otros cientos de miles de millones de estrellas de la Galaxia, incluido el Sol.

También destacaban en el diagrama de Hertzsprung-Russell , que se emplea para comparar el color y el brillo de las estrellas, lo que indica que pertenecen a una población estelar muy concreta.

La ingente cantidad de estrellas con un movimiento peculiar intrigó a Amina y a sus colegas, que sospecharon que el fenómeno podía estar relacionado con la historia de la formación de la Vía Láctea, así que se pusieron manos a la obra para comprender sus orígenes.

En el pasado, Amina y su equipo de investigadores habían empleado simulaciones por ordenador para estudiar qué les sucede a las estrellas cuando se fusionan dos grandes galaxias. Cuando compararon estos datos con los de Gaia, vieron que los resultados simulados coincidían con las observaciones.

“El conjunto de estrellas que detectamos con Gaia presenta todas las propiedades que podríamos esperar en los restos de una fusión galáctica”, subraya Amina, autora principal del artículo publicado el pasado miércoles en Nature.

En otras palabras, el conjunto cumple lo que se esperaría de estrellas que una vez formaron parte de una galaxia y que han sido devoradas por la Vía Láctea. Estas estrellas ahora conforman la mayor parte del halo interior de nuestra Galaxia: un componente difuso de estrellas antiguas, formadas en fases tempranas y que ahora rodean la principal concentración de la Vía Láctea, lo que se conoce como el bulbo central y el disco.

Una impresión artística de nuestra galaxia la Vía Láctea, una "galaxia espiral
barrada" de aproximadamente 13 mil millones de años que alberga a unos pocos cientos
de miles de millones de estrellas. A la izquierda, una vista frontal muestra la estructura
en espiral del Disco Galáctico, donde se encuentran la mayoría de las estrellas, intercaladas
con una mezcla difusa de gas y polvo cósmico. El disco mide unos 100.000 años luz de
diámetro, y el Sol se encuentra a mitad de camino entre su centro y su periferia. A la
derecha, una vista de borde revela la forma aplanada del disco. Las observaciones
apuntan a una subestructura: un disco delgado de unos 700 años luz de altura incrustado
en un disco grueso, de unos 3.000 años luz de altura y poblado de estrellas más antiguas.
El borde en la vista también muestra el bulto galáctico, ubicado en la parte central de la
Vía Láctea y que alberga alrededor de 10 mil millones de estrellas, que son principalmente
viejas y rojas. La protuberancia, también visible en la vista frontal de la izquierda, tiene
una forma general alargada que se asemeja a la de una barra con forma de maní, con
una longitud media de unos 10.000 años luz, lo que hace que la Vía Láctea sea una
galaxia espiral enrejada. Más allá del disco y la protuberancia está el halo estelar,
una estructura aproximadamente esférica con un radio de unos 100.000 años luz,
que contiene estrellas aisladas y muchos grupos globulares, conglomeraciones grandes
y compactas de algunas de las estrellas más antiguas de la galaxia. En una escala mayor,
la Vía Láctea está incrustada en un halo aún más grande de materia oscura invisible.
Copyright a la izquierda: NASA / JPL-Caltech; derecha: ESA;
diseño: ESA / ATG medialab.

El disco galáctico en sí se compone de dos partes. Por un lado tenemos el disco delgado, que tiene varios cientos de años luz de profundidad y contiene el patrón de brazos espirales formado por estrellas brillantes. Por otro, el disco grueso, con una profundidad de unos pocos de miles de años luz y que contiene entre el diez y el veinte por ciento de las estrellas de la Galaxia, aunque no era fácil determinar su origen. 

De acuerdo con las simulaciones del equipo de investigación, además de aportar las estrellas del halo, la galaxia acrecida también podría haber perturbado a las estrellas preexistentes en la Vía Láctea, contribuyendo así a la formación del disco grueso. 

“No estuvimos seguros de nuestra interpretación hasta que complementamos los datos de Gaia con información adicional sobre la composición química de las estrellas, proporcionada desde la Tierra por el experimento APOGEE”, reconoce Carine Babusiaux, de la Universidad Grenoble Alpes (Francia) y segunda autora del artículo.

Las estrellas que se forman en galaxias diferentes presentan una composición química única según las condiciones de su galaxia anfitriona. Si este conjunto estelar fuera realmente los restos de una galaxia que se fusionó con la nuestra, las estrellas deberían mostrar dicha huella en su composición. Y así fue.

Los astrónomos llamaron a esta galaxia Gaia-Encélado en homenaje a uno de los gigantes de la mitología griega, hijo de Gaia, la Tierra, y Urano, el cielo.

“Según la leyenda, Encélado fue enterrado bajo el monte Etna, en Sicilia, y era el causante de los terremotos en la zona. De la misma manera, las estrellas de Gaia-Encélado estaban enterradas en lo más profundo de los datos de Gaia y sacudieron la Vía Láctea, lo que dio lugar a la formación de su disco grueso”, explica Amina.

Fusión en las primeras etapas de formación de nuestra galaxia.

Simulación por computadora de la fusión entre una galaxia como la joven Vía Láctea, cuyas estrellas se muestran en cian, y una galaxia más pequeña, indicada en rojo. Según un estudio basado en la segunda publicación de datos de la misión Gaia de la ESA, los astrónomos estiman que un evento de fusión como el que se muestra en esta animación ocurrió durante las primeras etapas de formación de la Vía Láctea, hace diez mil millones de años. Tal fusión ha llevado a dos componentes importantes de nuestra galaxia, el halo y el disco grueso. Las estrellas pertenecientes a la galaxia acrecentada, que se ha llamado Gaia-Enceladus, están intercaladas con las estrellas de la Vía Láctea y pueden verse a través de todo el cielo. , pero solo se pudo revelar gracias a la extraordinaria precisión de Gaia. La simulación que se muestra en esta animación se describe en artículos de Á. Villalobos y A. Helmi publicaron en 2008 y 2009. Más información: Fantasmas galácticos: Gaia descubre un evento importante en la formación de la Vía Láctea. Crédito: Koppelman, Villalobos & amp; Helmi, Instituto Astronómico Kapteyn, Universidad de Groningen, Países Bajos

Aunque no hacían falta más pruebas, el equipo también descubrió cientos de estrellas variables y 13 cúmulos globulares en la Vía Láctea que siguen trayectorias similares a las de las estrellas de Gaia-Encélado, lo que indica que originariamente formaban parte de ese sistema.

Los cúmulos globulares son grupos formados hasta por millones de estrellas, unidos por su gravedad mutua y que orbitan el centro de una galaxia. El hecho de que muchos de estos cúmulos se puedan vincular a Gaia-Encélado también apunta a que, en algún momento, esta debió de ser una galaxia independiente de gran envergadura, con sus propios cúmulos globulares.

Un análisis más detallado ha revelado que esta galaxia tenía aproximadamente el mismo tamaño que una de las nubes de Magallanes, dos galaxias satélite unas diez veces menores que la actual Vía Láctea.

No obstante, hace diez mil millones de años, cuando se produjo la fusión con Gaia-Encélado, la Vía Láctea era mucho más pequeña, por lo que la relación entre ambas era más bien de cuatro a uno. Así que parece evidente que el impacto para nuestra Galaxia fue espectacular.

Estrellas de la galaxia GAIA-ENCELADUS a través del cielo. Distribución en todo el
cielo de una "colección impar" de estrellas detectadas en la segunda publicación
de datos de la misión Gaia de la ESA. Estas estrellas se mueven a lo largo de
trayectorias alargadas en dirección opuesta a la mayoría de los otros cien mil millones
de estrellas de nuestra Vía Láctea y tienen una composición química marcadamente
diferente, lo que indica que pertenecen a una población estelar claramente distinta. De estas
pistas, los astrónomos infirieron que estas estrellas son los escombros de una galaxia que
se fusionó con nuestra Vía Láctea durante sus primeras etapas de formación, hace 10 mil
millones de años, y llamó a esta galaxia Gaia-Enceladus. Las estrellas de Gaia-Enceladus
están representadas con diferentes colores dependiendo de su paralaje, una medida de su
distancia, con tonos púrpuras que indican las estrellas más cercanas y los amarillos más
lejanos. Los círculos blancos indican cúmulos globulares que se observó que seguían
trayectorias similares a las estrellas de Gaia-Enceladus, lo que indica que originalmente
eran parte de ese sistema; los símbolos de estrellas cian indican estrellas variables
que también están asociadas como desechos de Gaia-Enceladus.
Copyright ESA / Gaia / DPAC; A. Helmi et al 2018.

“Es emocionante ver cómo estamos empezando a desvelar la historia de la formación de la Vía Láctea”, admite Anthony Brown, de la Universidad de Leiden (Países Bajos), coautor del artículo y presidente del comité ejecutivo del Consorcio para el Procesamiento y Análisis de Datos de Gaia (DPAC).

Desde que se empezó a discutir la construcción de Gaia hace 25 años, uno de los objetivos clave de la misión era examinar las distintas corrientes estelares en la Vía Láctea y reconstruir su historia temprana. Y se está cumpliendo con creces.

“Gaia se construyó para dar respuesta a estas preguntas —señala Amina—. Ahora podemos afirmar que esta es la manera en que la Galaxia se formó en esa primera época. Es fantástico. Es hermosísimo y te hace sentir muy grande y muy pequeña al mismo tiempo”.

“Al leer los movimientos de las estrellas dispersas por el firmamento, ahora somos capaces de retroceder en la historia de la Vía Láctea y descubrir un hito clave en su formación, y esto es posible gracias a Gaia”, concluye Timo Prusti, científico del proyecto Gaia de la ESA.

Notas para los editores

El artículo “The merger that led to the formation of the Milky Way's inner stellar halo and thick disk”, de A. Helmi et al., está publicado en Nature. 

Para más información:

Amina Helmi

Kapteyn Astronomical Institute

University of Groningen

The Netherlands

Email: ahelmi@rug.astro.nl 

Carine Babusiaux

Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG

Grenoble, France 

GEPI, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS

Meudon, France

Email: carine.babusiaux@univ-grenoble-alpes.fr

Anthony Brown

Leiden Observatory, Leiden University

Leiden, The Netherlands

Email: brown@strw.leidenuniv.nl 

Timo Prusti

Gaia Project Scientist

European Space Agency

Email: timo.prusti@esa.int 

Markus Bauer

ESA Science Communication Officer

Tel: +31 71 565 6799

Mob: +31 61 594 3 954

Email: markus.bauer@esa.int 

• Publicado en ESA-España el 2 de noviembre del 2.018, enlace publicación.

• Publicación en ESA.

• Misión GAIA de la ESA.