Gaia ve estrellas volando entre galaxias

Las posiciones y las órbitas reconstruidas de 20 estrellas de alta velocidad, representadas en la parte superior de una visión artística de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Estas estrellas fueron identificadas utilizando datos del segundo lanzamiento de la misión Gaia de la ESA. Las siete estrellas que se muestran en rojo están alejándose de la galaxia y podrían viajar lo suficientemente rápido para finalmente escapar de su gravedad. Sorprendentemente, el estudio reveló también trece estrellas, que se muestran en naranja, que corren hacia la Vía Láctea: podrían ser estrellas de otra galaxia, que se acercan a la nuestra. Crédito: ESA (impresión y composición del artista); Marchetti et al. 2018 (posiciones de estrella y trayectorias); NASA / ESA / Hubble (galaxias de fondo); CC BY-SA 3.0 IGO.

Un equipo de astrónomos de Leiden utilizó el último conjunto de datos de la misión Gaia de la ESA para buscar estrellas de alta velocidad que fueron expulsadas de la Vía Láctea, pero se sorprendieron al encontrar estrellas en su lugar corriendo hacia adentro, quizás desde otra galaxia. 

Conjunto de datos extraordinarios 

En abril, el topógrafo estelar de la ESA Gaia lanzó un catálogo sin precedentes de más de mil millones de estrellas. Los astrónomos de todo el mundo han trabajado incesantemente durante los últimos meses para explorar este extraordinario conjunto de datos, escudriñando las propiedades y movimientos de las estrellas en nuestra galaxia y más allá con una precisión nunca antes alcanzada, dando lugar a una multitud de nuevos e intrigantes estudios. 

Vista de todo el cielo de Gaia de nuestra Vía Láctea y las galaxias vecinas, basada en mediciones de casi 1,7 mil millones de estrellas. Crédito: ESA/Gaia/DPAC

Estrellas súper rápidas 

La Vía Láctea contiene más de cien mil millones de estrellas. La mayoría se encuentran en un disco con un centro denso y abultado, en el medio del cual hay un agujero negro supermasivo. El resto está distribuido en un halo esférico mucho más grande. Las estrellas dan vueltas alrededor de la Vía Láctea a cientos de kilómetros por segundo, y sus movimientos contienen una gran cantidad de información sobre la historia pasada de la Galaxia. La clase de estrellas más rápida de nuestra galaxia se llama estrellas de hipervelocidad, que se cree que comienzan su vida cerca del centro galáctico para luego lanzarse hacia el borde de la Vía Láctea a través de interacciones con el agujero negro. 

Gran sorpresa 

Solo se ha descubierto una pequeña cantidad de estrellas hiperveloces, y el segundo lanzamiento de datos recientemente publicado de Gaia ofrece una oportunidad única de buscar más de ellos. Varios grupos de astrónomos saltaron al nuevo conjunto de datos en busca de estrellas de hipervelocidad inmediatamente después del lanzamiento. Entre ellos, tres científicos de la Universidad de Leiden se llevaron una gran sorpresa. 

Escapar la Vía Láctea 

Para 1.300 millones de estrellas, Gaia midió las posiciones, las paralajes, un indicador de su distancia, y los movimientos 2D en el plano del cielo. Para siete millones de los más brillantes, también midió la rapidez con la que se acercan o alejan de nosotros. "De los siete millones de estrellas Gaia con mediciones de velocidad 3D completas, encontramos veinte que podrían viajar lo suficientemente rápido como para finalmente escapar de la Vía Láctea", explica Elena Maria Rossi, una de las autoras del nuevo estudio. 

Invadiendo nuestra galaxia 

Elena y sus colegas, que ya habían descubierto un puñado de estrellas de hipervelocidad el año pasado en un estudio exploratorio basado en datos del primer lanzamiento de Gaia, quedaron gratamente sorprendidos, ya que esperaban encontrar como máximo una estrella que se escapa del Galaxy entre estos siete millones . Y hay más. "En lugar de volar lejos del centro galáctico, la mayoría de las estrellas de alta velocidad que vimos parecen estar corriendo hacia él", agrega el coautor Tommaso Marchetti. "Estas podrían ser estrellas de otra galaxia, que se desplazan por la Vía Láctea". 

Comprender las galaxias lejanas 

Es posible que estos intrusos intergalácticos provengan de la Gran Nube de Magallanes, una galaxia relativamente pequeña que orbita la Vía Láctea, o pueden originarse desde una galaxia aún más lejana. Si ese es el caso, llevan la huella de su sitio de origen, y estudiarlos a distancias mucho más cercanas que su galaxia madre podría proporcionar información sin precedentes sobre la naturaleza de las estrellas en otra galaxia, similar en una forma de estudiar el material marciano traído a nuestro planeta por meteoritos. 

La Gran Nube de Magallanes (LMC), una de las galaxias más cercanas a nuestra Vía Láctea, vista por el satélite Gaia de la ESA, que utiliza información del segundo lanzamiento de datos de la misión. Crédito: ESA/Gaia/DPAC

Agujeros negros 

"Las estrellas se pueden acelerar a altas velocidades cuando interactúan con un agujero negro supermasivo", explica Elena. "Entonces la presencia de estas estrellas podría ser un signo de tales agujeros negros en las galaxias cercanas. Pero las estrellas también pueden haber sido alguna vez parte de un sistema binario, lanzado hacia la Vía Láctea cuando su estrella compañera explotó como una supernova. De cualquier manera, estudiarlos podría decirnos más sobre este tipo de procesos en las galaxias cercanas. 

El color de las estrellas 

Una explicación alternativa es que las estrellas esprintando recién identificadas podrían ser nativas del halo de nuestra galaxia, acelerarse y empujarse hacia el interior a través de interacciones con una de las galaxias enanas que cayó hacia la Vía Láctea durante su historia de acumulación. Información adicional sobre la edad y la composición de las estrellas podría ayudar a los astrónomos a aclarar su origen. "Una estrella del halo de la Vía Láctea es probable que sea bastante antigua y esté hecha principalmente de hidrógeno, mientras que las estrellas de otras galaxias podrían contener muchos elementos más pesados", dice Tommaso. "Mirar los colores de las estrellas nos dice más sobre de qué están hechas". 

Nuevos datos 

Los nuevos datos ayudarán a identificar la naturaleza y el origen de estas estrellas con más certeza, y el equipo utilizará telescopios terrestres para obtener más información sobre ellos. Mientras tanto, Gaia continúa haciendo observaciones de todo el cielo, incluidas las estrellas analizadas en este estudio. Al investigar la naturaleza de estos posibles intrusos estelares, el equipo también está ocupado investigando el conjunto de datos completo del segundo lanzamiento de Gaia, buscando más estrellas de alta velocidad y esperando el futuro. Al menos dos lanzamientos de datos más de Gaia están planificados para la década de 2020, y cada uno proporcionará información más precisa y nueva sobre un conjunto más grande de estrellas. 

El poder de Gaia 

"Esperamos eventualmente mediciones de velocidad en 3D completas para hasta 150 millones de estrellas", explica el coautor Anthony Brown, presidente del Ejecutivo del Consorcio de Análisis y Procesamiento de Datos de Gaia. "Esto ayudará a encontrar cientos o miles de estrellas de hipervelocidad, entender su origen con mucho más detalle y usarlas para investigar el entorno del centro galáctico y la historia de nuestra galaxia", agrega. "Este emocionante resultado muestra que Gaia es una verdadera máquina de descubrimiento, que proporciona el terreno para descubrimientos completamente inesperados sobre nuestra galaxia", concluye Timo Prusti, científico del proyecto Gaia de la ESA. 

Artículo: 'Gaia DR2 en 6D: buscando las estrellas más rápidas de la galaxia'. Por T. Marchetti, EM Rossi y AGA Brown. Publicado en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society . (Preimpresión gratuita: https://arxiv.org/abs/1804.10607 ) 

Fuente: ESA, universidad de Leiden,