Astrofísicos descubren grupos primordiales de gas y estrellas alrededor del centro de la Vía Láctea

Vista panorámica de la Vía Láctea (Crédito: ESO / S. Brunier) con la ubicación de los dos Fragmentos Fósiles Bulge descubiertos hasta ahora (Liller 1 y Terzan 5) resaltados. Crédito: FR Ferraro / C. Pallanca (Universidad de Bolonia)

Justo cuando los arqueólogos cavan con la esperanza de encontrar rastros del pasado, un grupo internacional de astrofísicos logró meterse en la espesa nube de polvo alrededor del centro del Vía láctea (también conocido como la protuberancia) descubriendo grupos primordiales de gas y estrellas nunca antes encontrados. Llamaron a esta nueva clase de sistema estelar “Bulge Fossil Fragments”. Un equipo de investigación dirigido por Francesco Ferraro (Departamento de Física y Astronomía “Augusto Righi” de la Universidad de Bolonia y miembro del Instituto Nacional de Astrofísica – INAF) llevó a cabo un estudio publicado en Astronomía de la naturaleza.

Los investigadores descubrieron esta nueva clase al analizar Liller 1. Este último es un sistema estelar en el bulbo de la Vía Láctea que durante más de 40 años se ha clasificado como un “cúmulo globular”, es decir, un sistema compuesto por millones de estrellas de la misma edad. (la Vía Láctea tiene al menos 150 cúmulos globulares). Sin embargo, los investigadores observaron a Liller 1 de cerca y descubrieron que su identidad real es en realidad más fascinante de lo que se creía hasta ahora. De hecho, Liller 1 es un fragmento fósil de uno de los cúmulos estelares gigantes que, hace aproximadamente 12 mil millones de años, se fusionaron para formar la región central (abultamiento) de la Vía Láctea.

“Nuestros resultados muestran claramente que Liller 1 no es un cúmulo globular, sino un objeto mucho más complejo”, dice el profesor Francesco Ferraro, primer autor y coordinador del estudio. “Es una reliquia estelar, un hallazgo fósil que contiene la historia de la formación de la Vía Láctea”.

Un resultado de validación

La existencia de “hallazgos cósmicos” ya se había sugerido cuando los investigadores descubrieron un objeto similar, Terzan 5, hace algunos años. Terzan 5 parecía un cúmulo globular dentro de nuestro abultamiento de galaxias, pero, en un análisis más detallado, sus características no eran consistentes con las de otros cúmulos globulares.

Sin embargo, un caso aislado es solo una anomalía intrigante. Por eso Liller 1 es tan importante. Las características compartidas de Terzan 5 y Liller 1 confirman la existencia de una nueva clase de sistemas estelares no identificados hasta hoy.

Fragmentos fósiles

¿Cuáles son las características de Bulge Fossil Fragments? Estos objetos se disfrazan de cúmulos globulares, pero son fundamentalmente diferentes, si se mira la edad de las estrellas que los componen. Dos poblaciones estelares se encuentran en estos sistemas: una es tan antigua como la Vía Láctea (se formó hace 12 mil millones de años) y la otra es mucho más joven. Por un lado, esto muestra que estos sistemas estelares aparecieron durante las primeras etapas de formación de la Vía Láctea; por otro lado, demuestra que son capaces de engendrar múltiples eventos de generación estelar.

“Las características de las poblaciones estelares de Liller 1 y Terzan 5 sugieren que ambos sistemas se formaron al mismo tiempo que la Vía Láctea”, explica una de las autoras del estudio, Barbara Lanzoni, profesora de la Universidad de Bolonia y miembro del INAF. “Las poblaciones estelares más jóvenes son más ricas en hierro y tienden a agruparse en las áreas centrales del bulto. De hecho, esto está en consonancia con un contexto de autoenriquecimiento en el que el gas expulsado por las estrellas más antiguas forma otras nuevas ”.

Mas alla de las nubes

Llegar a estos hallazgos no fue nada fácil. Liller 1 se encuentra en una de las regiones más oscuras de nuestra galaxia, donde espesas nubes de polvo interestelar atenúan la luz de las estrellas haciéndola hasta 10.000 veces más débil. La única forma de atravesar estas nubes es la luz infrarroja. Es por esto que los investigadores eligieron a Gemini South para realizar la inspección de Liller 1. Gemini South es un poderoso telescopio con un diámetro de 8 metros capaz de compensar las distorsiones en las imágenes estelares causadas por la atmósfera de la Tierra.

La nitidez de las imágenes de Gemini South es incomparable. Gracias a estas increíbles imágenes, los investigadores pudieron hacer un análisis preliminar detallado de la población estelar de Liller 1. A pesar de este análisis preliminar, los investigadores aún tenían trabajo por hacer para tener una imagen completa de la composición de este sistema estelar. De hecho, necesitaban saber si todas las estrellas mostradas por esas imágenes pertenecían a Liller 1, o si algunas de ellas simplemente estaban en la misma línea de visión, pero no pertenecían a ella. Lograron resolver este problema recurriendo a más observaciones realizadas a través del telescopio espacial Hubble.

“Después de haber combinado los dos conjuntos de imágenes, eliminamos las estrellas que no pertenecían a Liller 1 y finalmente tuvimos una imagen clara y detallada de este sistema estelar”, dice Cristina Pallanca, investigadora de la Universidad de Bolonia y miembro del INAF que fue coautor del estudio. “Nuestros resultados nos sorprendieron: Liller 1 alberga al menos dos poblaciones estelares con edades dramáticamente diferentes, la más antigua se formó hace unos 12 mil millones de años, al mismo tiempo que se formó la Vía Láctea; el segundo, mucho más joven, se formó hace apenas 1-2 mil millones de años “.

Un descubrimiento que es notablemente similar a lo que descubrieron sobre Terzan 5, que alberga de manera similar una población estelar tan antigua como la Vía Láctea y una mucho más joven (4.500 millones de años).

“El descubrimiento de que Liller 1 y Terzan 5 comparten características muy similares permitió la identificación de una nueva clase de sistemas estelares originados a partir de algunos antepasados ​​que eran lo suficientemente masivos como para retener el gas expulsado por las supernovas. Lo que observamos son solo algunos fragmentos de estas estructuras masivas ”, agrega Emanuele Dalessandro, investigador del INAF – Observatorio de Ciencias Espaciales (OEA) en Bolonia y coautor del estudio.

Esto luego confirmó la existencia de los “Fragmentos Fósiles Abultados”, es decir, sistemas estelares compuestos por las reliquias de objetos primordiales masivos que, hace 12 mil millones de años, dieron origen a la Vía Láctea.

“La historia de la Vía Láctea está escrita en estos restos fósiles. Estos últimos son muestras de una época en la que el Universo era muy joven, apenas tenía mil millones de años ”, concluye el profesor Ferraro. “Ahora tenemos que ir más profundo. Gracias al descubrimiento de estos restos fósiles podemos comenzar a leer la historia de la Vía Láctea y tal vez redefinir nuestro conocimiento sobre la formación del bulto ”.

Los autores del estudio

“Una nueva clase de fragmentos fósiles del ensamblaje jerárquico del bulbo galáctico” es el título de este estudio publicado en Astronomía de la naturaleza. Los investigadores involucrados en este estudio son Francesco R. Ferraro, Cristina Pallanca, Barbara Lanzoni, Chiara Crociati y Alessio Mucciarelli del Departamento de Física y Astronomía “Augusto Righi” de la Universidad de Bolonia e INAF. Emanuele Dalessandro y Livia Origlia del INAF también participaron del estudio.

Además, R. Michael Rich (Universidad de California, Los Ángeles EE. UU.), Sara Saracino (Universidad John Moores de Liverpool, Reino Unido), Elena Valenti y Giacomo Beccari (Observatorio Europeo Austral, Alemania), Douglas Geisler y Sandro Villanova (Universidad de Concepción, Chile), Francesco Mauro y Cristian Moni Bidin (Universidad Católica del Norte, Chile) participaron de esta investigación.

Referencia: “Una nueva clase de fragmentos fósiles del ensamblaje jerárquico del bulbo galáctico” por FR Ferraro, C. Pallanca, B. Lanzoni, C. Crociati, E. Dalessandro, L. Origlia, RM Rich, S. Saracino, A . Mucciarelli, E. Valenti, D. Geisler, F. Mauro, S. Villanova, C. Moni Bidin y G. Beccari, 14 de diciembre de 2020, Astronomía de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41550-020-01267-y