Impresión artística de la fusión entre la galaxia Gaia-Encelado y nuestra Vía Láctea, que tuvo lugar durante las primeras etapas de formación de nuestra Galaxia, hace 10 mil millones de años.
La misión Gaia de la ESA ha hecho un gran avance al desentrañar la historia de la formación de la Vía Láctea.
En lugar de formarse sola, nuestra Galaxia se fusionó con otra galaxia grande al principio de su vida, hace unos 10 mil millones de años. La evidencia está esparcida por todo el cielo a nuestro alrededor, pero Gaia y su extraordinaria precisión han sido necesarias para mostrarnos lo que se ha estado escondiendo a plena vista todo el tiempo.
Gaia mide la posición, el movimiento y el brillo de las estrellas a niveles de precisión sin precedentes.
Utilizando los primeros 22 meses de observaciones, un equipo de astrónomos dirigido por Amina Helmi, de la Universidad de Groninga, Países Bajos, observó siete millones de estrellas, aquellas para las que se dispone de posiciones y velocidades 3D completas, y descubrió que unas 30.000 de ellas formaban parte de una «colección extraña» que se movía a través de la Vía Láctea. Las estrellas observadas en particular están pasando actualmente por nuestro vecindario solar.
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 significativo como el que se muestra en esta animación ha ocurrido durante las primeras etapas de formación de la Vía Láctea, hace diez mil millones de años. Esta fusión ha dado lugar a dos componentes importantes de nuestra Galaxia, el halo y el disco grueso.Las estrellas que pertenecen a la galaxia acreedora, que ha sido nombrada Gaia-Encelado, están intercaladas con las estrellas de la Vía Láctea y se pueden ver a través de todo el cielo, pero solo se pudieron 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 publicado en 2008 y 2009.Más información: Fantasmas galácticos: Gaia descubre un evento importante en la formación de la Vía Láctea. Crédito: Koppelman, Villalobos & Helmi, Instituto Astronómico Kapteyn, Universidad de Groningen, Países Bajos
Estamos tan profundamente incrustados en esta colección que sus estrellas nos rodean casi por completo, por lo que se pueden ver en la mayor parte del cielo.
A pesar de que están intercaladas con otras estrellas, las estrellas de la colección se destacaron en los datos de Gaia porque todas se mueven a lo largo de trayectorias alargadas en la dirección opuesta a la mayoría de los otros cien mil millones de estrellas de la Galaxia, incluido el Sol.
También se destacaron en el llamado diagrama Hertzprung-Russell, que se utiliza para comparar el color y el brillo de las estrellas, lo que indica que pertenecen a una población estelar claramente distinta.
El gran número de estrellas en movimiento extraño que participaron intrigó a Amina y sus colegas, que sospecharon que podrían tener algo que ver con la historia de la formación de la Vía Láctea y se pusieron a trabajar para comprender sus orígenes.
En el pasado, Amina y su grupo de investigación habían utilizado simulaciones por computadora para estudiar lo que les sucede a las estrellas cuando dos grandes galaxias se fusionan. Cuando los comparó con los datos de Gaia, los resultados simulados coincidieron con las observaciones.
» La colección de estrellas que encontramos con Gaia tiene todas las propiedades de lo que cabría esperar de los escombros de una fusión galáctica», dice Amina, autora principal del artículo publicado hoy en Nature.
Impresión artística de restos de la galaxia Gaia-Encelado. Gaia-Encélado se fusionó con nuestra Vía Láctea durante sus primeras etapas de formación, hace 10 mil millones de años, y sus restos ahora se pueden encontrar en toda la Galaxia. Las posiciones y movimientos de las estrellas (mostradas con flechas amarillas) están destinados a representar las de las estrellas que originalmente pertenecían a Gaia-Encélado. Se han extraído de una simulación por computadora existente de una fusión con características similares a la descubierta por Gaia.
En otras palabras, la colección es lo que esperaban de estrellas que alguna vez fueron parte de otra galaxia y que han sido consumidas por la Vía Láctea. Las estrellas forman ahora la mayor parte del halo interior de nuestra Galaxia, un componente difuso de estrellas antiguas que nacieron en los primeros tiempos y ahora rodean la masa principal de la Vía Láctea conocida como bulbo y disco central.
El disco galáctico en sí se compone de dos partes. Está el disco delgado, que tiene unos cientos de años luz de profundidad y contiene el patrón de brazos espirales hechos por estrellas brillantes. Y está el disco grueso, que tiene unos pocos miles de años luz de profundidad. Contiene alrededor del 10-20 por ciento de las estrellas de la Galaxia, pero sus orígenes han sido difíciles de determinar.
De acuerdo con las simulaciones del equipo, además de suministrar las estrellas del halo, la galaxia acumulada también podría haber perturbado las estrellas preexistentes de la Vía Láctea para ayudar a formar el disco grueso.
» Solo nos dimos cuenta de nuestra interpretación después de complementar los datos de Gaia con información adicional sobre la composición química de las estrellas, proporcionada por el estudio de APOGEOS basado en tierra», dice Carine Babusiaux, de la Universidad Grenoble Alpes, Francia, y segunda autora del artículo.
Las estrellas que se forman en diferentes galaxias tienen composiciones químicas únicas que coinciden con las condiciones de la galaxia de origen. Si esta colección de estrellas era de hecho los restos de una galaxia que se fusionó con la nuestra, las estrellas deberían mostrar una huella de esto en su composición. Y lo hicieron.
Los astrónomos llamaron a esta galaxia Gaia-Encelado en honor a uno de los Gigantes de la mitología griega antigua, que era el descendiente de Gaia, la Tierra, y Urano, el Cielo.
» Según la leyenda, Encélado fue enterrado bajo el Monte Etna, en Sicilia, y responsable de los terremotos locales. Del mismo modo, las estrellas de Gaia-Encélado estaban profundamente enterradas en los datos de Gaia, y han sacudido la Vía Láctea, lo que ha llevado a la formación de su disco grueso», explica Amina.
Aunque no se necesitaban más pruebas, el equipo también encontró cientos de estrellas variables y 13 cúmulos globulares en la Vía Láctea que siguen trayectorias similares a las de las estrellas de Gaia-Encelado, lo que indica que originalmente formaban parte de ese sistema.
Los cúmulos globulares son grupos de hasta millones de estrellas, que se mantienen unidos por su gravedad mutua y orbitan el centro de una galaxia. El hecho de que tantos cúmulos pudieran estar vinculados a Gaia-Encélado es otra indicación de que esta debe haber sido una vez una gran galaxia por derecho propio, con su propio séquito de cúmulos globulares.
Un análisis posterior reveló que esta galaxia tenía aproximadamente el tamaño de una de las Nubes de Magallanes, dos galaxias satélite aproximadamente diez veces más pequeñas que el tamaño actual de la Vía Láctea.
Hace diez mil millones de años, sin embargo, cuando se llevó a cabo la fusión con Gaia-Encélado, la Vía Láctea en sí era mucho más pequeña, por lo que la relación entre las dos era más de cuatro a uno. Por lo tanto, fue claramente un golpe importante para nuestra Galaxia.
Una impresión artística de nuestra galaxia Vía Láctea, una «galaxia espiral barrada» de aproximadamente 13 mil millones de años de antigüedad que alberga unos pocos cientos de miles de millones de estrellas. A la izquierda, una vista frontal muestra la estructura espiral del Disco Galáctico, donde se encuentra la mayoría de las estrellas, intercalada 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 medio camino entre su centro y 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 3000 años luz de altura y poblado de estrellas más antiguas. El borde a la vista también muestra el Bulbo 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. El bulbo, también visible en la vista de cara a la izquierda, tiene una forma alargada en general que se asemeja a la de una barra en forma de maní, con una longitud media de aproximadamente 10,000 años luz, haciendo de la Vía Láctea una galaxia espiral barrada. Más allá del disco y el bulbo se encuentra el halo estelar, una estructura aproximadamente esférica con un radio de unos 100.000 años luz, que contiene estrellas aisladas, así como muchos cúmulos globulares, grandes conglomeraciones compactas de algunas de las estrellas más antiguas de la Galaxia. En una escala más grande, la Vía Láctea está incrustada en un halo aún más grande de materia oscura invisible.
«Ver que ahora estamos empezando a desentrañar la historia de la formación de la Vía Láctea es muy emocionante», dice Anthony Brown, de la Universidad de Leiden, Países Bajos, coautor del artículo y también presidente del Ejecutivo del Consorcio de Procesamiento y Análisis de Datos Gaia.
Desde las primeras discusiones sobre la construcción de Gaia hace 25 años, uno de los objetivos clave de la misión fue examinar las diversas corrientes estelares en la Vía Láctea y reconstruir su historia temprana. Esa visión está dando sus frutos.
«Gaia se construyó para responder a estas preguntas», dice Amina. «Ahora podemos decir que esta es la forma en que se formó la Galaxia en esas épocas tempranas. Es fantástico. Es tan hermoso y te hace sentir tan grande y tan pequeño al mismo tiempo.»
«Al leer los movimientos de las estrellas esparcidas por el cielo, ahora podemos rebobinar la historia de la Vía Láctea y descubrir un hito importante en su formación, y esto es posible gracias a Gaia», concluye Timo Prusti, científico del proyecto Gaia de la ESA.
Publicación: «The merger that led to the formation of the Milky Way’s inner stellar halo and thick disk» de A. Helmi et al se publica en Nature.