La fusión fantasmal que llevó a la formación de la Vía Láctea

Fusión galáctica. Crédito: ESA (impresión y composición del artista); Koppelman, Villalobos y Helmi (simulación); NASA / ESA / Hubble (imagen de la galaxia)

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

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.

Restos de una fusión galáctica. Crédito: ESA (impresión y composición del artista); Koppelman, Villalobos y Helmi (simulación)

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.

Componentes de la Vía Láctea. Crédito: ESA. 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.

Las estrellas de Gaia-Encélado en el firmamento. Crédito: ESA / Gaia / DPAC; A. Helmi et al 2018

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.

“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.