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Astronomía

La visión de la periferia

Estudios localizan galaxias enanas y nidos estelares en regiones extremas de la Vía Láctea

La Silla, en Chile: la Vía Láctea (la franja luminosa de la izquierda) y dos galaxias vecinas, la Gran Nube y la Pequeña Nube de Magallanes

Yuri Belestky/ EsoLa Silla, en Chile: la Vía Láctea (la franja luminosa de la izquierda) y dos galaxias vecinas, la Gran Nube y la Pequeña Nube de MagallanesYuri Belestky/ Eso

El retrato actualmente consolidado de la Vía Láctea, la galaxia que alberga al sistema solar, muestra un disco con brazos repletos de estrellas, polvo y gas que se abren en espiral desde un núcleo central alargado como una barra. Con el surgimiento de medios de observación más precisos y potentes, esa imagen se está tornando más nítida y compleja, tal como lo muestran tres trabajos dados a conocer en febrero y marzo de este año, en los cuales se analizaron regiones remotas de la Vía Láctea.

En uno de éstos, un grupo del Departamento de Astronomía de la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS) detectó dos aglomerados estelares incrustados en una nube de gas ubicada a alrededor de 16 mil años luz debajo del plano de la galaxia. Estos conglomerados recibieron los nombres de Camargo 438 y Camargo 439, en referencia a Denilso Camargo, uno de los miembros del equipo, integrado también por Charles Bonatto, Eduardo Bica y Gustavo Salerno. En trabajos anteriores, ellos habían identificado otros 437 conglomerados. Pero todos se ubican más cerca del plano de la galaxia.

Uno de los nuevos conglomerados alberga 33 estrellas, y el otro, 42. Ambos son muy jóvenes en parámetros astronómicos: tienen 2 millones de años (el Sol tiene 5 mil millones y la Vía Láctea alrededor de 13 mil millones). Esto demuestra que la nube de gas en donde se encuentran ubicados es un nido en el cual siguen surgiendo nuevas estrellas. “Es la primera vez que se detecta la formación de estrellas a una distancia tan grande del disco de la galaxia”, comenta Camargo.

Los conglomerados fueron detectados a partir de imágenes del telescopio espacial Wise, de la Nasa, lanzado en 2009 para realizar observaciones en el infrarrojo. “No es fácil detectar estrellas en nubes de polvo, pues la radiación ultravioleta que emiten las estrellas de masa elevada es absorbida por el polvo, que la reemite en el infrarrojo”, dice Camargo. “Esos detectores están haciendo aportes importantes a la astronomía.”

Vecina próxima: a la izquierda, la galaxia enana Reticulum II, satélite de la Vía Láctea detectada por El DES; al lado, las estrellas que componen la Reticulum II

ESOVecina próxima: a la izquierda, la galaxia enana Reticulum II, satélite de la Vía Láctea detectada por El DES; al lado, las estrellas que componen la Reticulum IIESO

La mayoría de las estrellas nacen en conglomerados estelares, dentro de las nubes moleculares gigantes que pueblan el disco de la galaxia, especialmente sus brazos.  Esas nubes generalmente se encuentran en equilibrio. Pero ciertas perturbaciones ‒tales como colisiones con otras nubes, ondas de choque de la explosión de supernovas y encuentros con los brazos espirales– pueden desestabilizarlas y provocar su colapso, bajo el influjo de su propia gravedad. Durante el colapso, la nube se fragmenta y genera regiones más densas, con masa elevada, en las cuales se forman estrellas y planetas.

La Vía Láctea alberga dos poblaciones estelares. La primera contiene la mayoría de las estrellas de la galaxia, concentradas en el plano del disco, en una franja que mide alrededor de 100 mil años luz de extensión por 3 mil años luz de espesor. Allí se estrellas constantemente. La segunda población estelar puebla el halo, una región más externa que envuelve al disco. En el halo, las estrellas se encuentran en conglomerados globulares. Esta población está formada por estrellas antiguas, con edades del orden de los miles de millones de años, y de baja metalicidad, características que sugieren que se habrían formado cuando la galaxia era joven. Existen indicios de que la Vía Láctea alberga estrellas casi tan antiguas como el propio Universo.

Los científicos de la UFRGS detectaron los nuevos conglomerados estelares formándose en una región donde no se esperaba que hubiese formaciones estelares. Este descubrimiento trae aparejada una paradoja: ¿cómo pueden surgir nuevas estrellas en la región que alberga a las más antiguas de la galaxia? “Una posibilidad reside en que esté ocurriendo lo que denominamos como canibalismo”, explica Walter Maciel, de la Universidad de São Paulo (USP), quien investiga la composición química de las estructuras de la Vía Láctea y no participó en ese estudio.

Dicho canibalismo consiste en la absorción de estrellas y nubes de gas que pertenecen a otras galaxias y que están siendo arrastradas hacia la Vía Láctea debido a la atracción gravitacional. Según Maciel, esta hipótesis empezó a cobrar fuerza a comienzos de este siglo para explicar la observación de que estrellas de la Vía Láctea se desplazaban a velocidades que parecían carecer de explicación. “Hoy en día hay al menos media docena de casos bien documentados en los cuales se cree que la Vía Láctea canibalizó a otras galaxias”, dice.

Pero existe otra hipótesis. En el pasado, estrellas del plano galáctico pueden haber seguido su proceso de evolución estelar y haber llegado el estadio de supernova. Cuando eso sucede, se produce una violenta explosión que dispersa gas y polvo a distancias inmensas. Parte del material eyectado es atraída por el empuje gravitacional y se aproxima nuevamente a la Vía Láctea. Este mecanismo recibe el nombre de chimenea o fuente galáctica. “Ésta sería una posibilidad más frecuente, en tanto que los casos de canibalismo son raros”, dice Maciel.

Así y todo, el científico destaca una particularidad de los resultados del grupo de Camargo. “Los casos de canibalismo observados hasta ahora comprenden galaxias enanas. Él [por Camargo] encontró conglomerados estelares, que son estructuras mucho menores”. Es posible entonces que la nube en donde se encuentran ambos conglomerados esté asociada con alguna galaxia aún desconocida.

Camargo coincide en que ambas hipótesis pueden explicar el origen de los conglomerados, y que, por el momento, no es posible indicar cuál es la correcta. Pero subraya que, aun cuando el polvo haya llegado proveniente de afuera, las estrellas, al ser tan jóvenes, sólo pueden haberse formado en la Vía Láctea. “Es posible que haya más galaxias enanas orbitando la Vía Láctea que las que conocemos”, afirma. “Creo que nuestra galaxia se formó al devorar otras menores que se encontraban en su periferia, y que ese proceso todavía no ha terminado.”

Oteando la oscuridad
Otro descubrimiento en la periferia de la galaxia generó los resultados del primer año del Dark Energy Survey (DES), un proyecto que reúne a unos 120 científicos de cinco países, que anunciaron en marzo la identificación de ocho nuevos sistemas estelares ubicados por lo menos a 100 mil años luz del Sol y orbitando la Vía Láctea como satélites.

El DES, en operación desde 2013, mapeará un octavo del cielo con gran minuciosidad, con el fin de echar nuevas luces sobre la energía oscura. El brazo brasileño del proyecto, el DES-Brazil, colaboró en el descubrimiento, y el astrónomo brasileño Basílio Santiago, también de la UFRGS, coordina el grupo de trabajo internacional que trabaja con la Vía Láctea (DES-MW).

La detección en el espectro de la luz visible de objetos ubicados a tamañas distancias fue posible gracias a la cámara empleada en el marco de ese proyecto. La DECam, instalada en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo, en Chile, tiene una resolución equivalente a 570 millones de píxeles, casi 10 veces mayor que la de las cámaras fotográficas más potentes que existen en el mercado. Es capaz de capturar cantidades ínfimas de luz, y permite la observación de estrellas muy distantes. “Es el instrumento más eficiente para la producción de imágenes de alta sensibilidad en funcionamiento en el mundo”, dice Santiago. La DECan empezó a operar en 2013 y el año pasado le mostró a la comunidad científica el primer catálogo de los objetos celestes emisores de luz identificados en el marco del DES.

Todavía no está claro si los ocho sistemas satélites nuevos son conglomerados estelares o galaxias enanas. Lo más probable es que la mayoría, o incluso todos, integren la segunda opción. De ser así, la cantidad de galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea puede saltar de 27 a 35.

Los científicos apuestan a que el estudio de las galaxias enanas puede ayudar a conocer la naturaleza de la materia oscura, uno de los misterios de la astronomía contemporánea. Aparte del tamaño, una importante diferencia entre conglomerados de estrellas y galaxias enanas es el hecho de que estas últimas son ricas en materia oscura. “Son galaxias de baja densidad. Si toda la materia que poseen se limitase a la de las estrellas, ya deberían haberse deshecho hace mucho tiempo, debido a las fuerzas de marea que nuestra galaxia ejerce sobre ellas. Esto demuestra que hay más materia allí, pero no en forma de estrellas”, dice Santiago.

Pero la lista de cuestiones que quedan abiertas es mayor. Los actuales modelos cosmológicos sugieren que la Vía Láctea tendría miles de galaxias enanas a su alrededor, y no sólo las tres docenas ya identificadas; y eso si los recientes  descubrimientos integran esta clasificación. “Esa aparente discrepancia debe resolverse. Algunos creen que existen centenas de ellas por encontrarse y que sólo hemos tocado la punta del iceberg”, dice Santiago.

Los datos que recabará el DES durante los próximos años pueden ayudar a confirmar o refutar estas expectativas. Serán centenas de terabytes de información que se almacenarán tan sólo en los catálogos de fuentes extraídos de las imágenes. Para analizar tamaña cantidad de datos, el DES-Brazil desarrolló un portal científico con apoyo del Laboratorio Interinstitucional de e-Astronomía (LineA). El LineA tiene la misión de ayudar a los grupos brasileños a participar en estudios como el DES y en experimentos más ambiciosos, tales como el Large Synoptic Survey Telescope (LSST), que captará imágenes de más de la mitad del cielo austral en mayor profundidad. “Es fundamental que siga habiendo brasileños que participen en estudios internacionales como el LSST”, afirma Santiago.

Otra investigación que puso su mira en la discrepancia entre la cantidad de galaxias enanas prevista y la detectada en los alrededores de la Vía Láctea identificó cuatro estrellas del tipo conocido como variable cefeida a 180 mil años luz del centro de la galaxia. Este trabajo, en el cual participó Roberto Saito, de la Universidad Federal de Sergipe, se realizó con datos del Vista, el mayor telescopio en infrarrojo del mundo, que funciona en el Observatorio Europeo Austral (ESO), en Chile.

En ese estudio, que fue aceptado para su publicación en Astrophysical Journal, se le apuntó a objetos ubicados a bajas alturas con relación al plano de la galaxia. Es un abordaje difícil, ya que el polvo y el gas del disco dificultan las observaciones. Las cefeidas estaban a 4 mil años luz de altura con relación al plano galáctico. “También en ese caso el infrarrojo permitió visualizar los objetos”, dice Maciel.

Fue el estudio de esas estrellas lo que permitió descubrir que había otras galaxias en el Universo y que éste se encuentra en expansión. Periódicamente, esas estrellas aumentan y disminuyen de volumen. Esa pulsación va acompañada de una oscilación en el brillo percibido desde la Tierra. Una vez establecida la relación entre el período de la estrella y las variaciones en el brillo, es posible saber a qué distancia se encuentra con respecto a la Tierra.

Para Saito y los demás autores, esta gran distancia sugiere que las cefeidas halladas ahora pertenecen a alguna galaxia enana, de dimensiones ignoradas. “Es una buena hipótesis, pero no existe por allí ninguna galaxia conocida. Se hacen necesarios otros estudios para poder comprobar su existencia”, sostiene Maciel.

Una decisión estratégica para que los brasileños sigan estudiando la periferia de la Vía Láctea es la adhesión del país al ESO, hoy amenazada por falta de fondos. “Proyectos importantes propuestos por brasileños no están contemplados con el tiempo de observación necesario en los telescopios; por eso la adhesión resulta fundamental para el crecimiento de la astronomía en Brasil”, afirma Camargo. “En ello reside una oportunidad para que el país deje la periferia y se instale en el centro de la producción de conocimiento científico de punta.”

Artículos científicos
CHAKRABARTI, S. et al. Clustered cepheid variables 90 kiloparsec from the galactic center. Astrophysical Journal. En prensa.
CAMARGO, D. et al. Discovery of two embedded clusters with Wise in the high galactic latitude cloud HRK 81.4−77.8. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. v. 448, p. 1930-6. 2015.

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