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  • 20/05/2018

Astrofísica

Nuevas lecciones de Gaia

Un vistazo a los descubrimientos más importantes obtenidos hasta ahora gracias al nuevo mapa de la Vía Láctea, creado por el observatorio espacial Gaia.

arXiv

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La rotación, en el sentido de las agujas del reloj, de las estrellas de la Gran Nube de Magallanes, la mayor galaxia satélite de la Vía Láctea [ESA/Gaia/DPAC].

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Estrellas y galaxias Estrellas y galaxias Ene/Mar 2007 Nº 47

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El 25 de abril, Teresa Antoja, de la Universidad de Barcelona, fue una de los miles de astrónomas que se descargaron un detalladísimo nuevo mapa de la Vía Láctea, obra de la nave espacial Gaia, de la Agencia Espacial Europea. En un día,  sus compañeras y ella informaron del descubrimiento de subestructuras nunca vistas antes en la galaxia: «figuras en forma de arco ... conchas de caracol y crestas», escribe, y cada una es una pista acerca del oscuro pasado de la Vía Láctea.

El artículo de Antoja es solo uno dentro del torrente que ha seguido a la segunda publicación de datos (DR2) de Gaia, que fue lanzada al espacio en 2013 y que viene desde entonces cartografiando las posiciones, el brillo y los colores de 1700 millones de estrellas de la Vía Láctea, y para 1300 millones de ellas, sus velocidades. (En septiembre de 2016, el equipo de Gaia publicó su primer mapa, solo con las posiciones y brillos medidos a 1100 millones de estrellas). Los astrónomos, que habían catalogado antes solo dos millones y medio de las estrellas más brillantes, saludan una nueva era de la precisión astrofísica. A continuación se exponen algunos de los descubrimientos más importantes que se han extraído hasta ahora de los datos de Gaia.

Corrientes de estrellas

Un equipo que trabaja en Francia ha aplicado un algoritmo confeccionado por ellos mismos, STREAMFINDER [hallador de corrientes], a los datos de Gaia, e inmediatamente han descubierto una rica red de «corrientes de estrellas», o afluentes de estrellas que corren dentro y alrededor de la Vía Láctea. «La idea consiste en remontar las corrientes hacia atrás en el tiempo a lo largo de sus órbitas para contemplar el pasado de la galaxia y la historia de su formación», explica en un mensaje de correo electrónico Khiati Malhan, de la Universidad de Estrasburgo, autor principal del artículo que detalla esos hallazgos de «arqueología galáctica».

La profusión de corrientes estelares, de las que se cree que son restos de pequeñas galaxias satélite y cúmulos de estrellas atraídos por la gravedad, podría en principio resolver el «problema de los satélites que faltan», que se pregunta por qué solo hay cincuenta y tantas galaxias satélite en órbita actualmente alrededor de la Vía Láctea, pese a que en las simulaciones de ordenador de la formación de la galaxia aparecen cientos. Otro misterio es el de por qué los satélites de la Vía Láctea yacen en un plano, aunque según las simulaciones deberían formarse por todas partes. Malhan y sus colaboradores esperan afinar o resolver este problema del plano de los satélites por medio de «análisis estadísticos de la estructura y dinámica de una gran muestra de corrientes», dice.

Corrientes de estrellas en los cielos boreal y austral. Los colores indican su velocidad de flujo [Khyati Malhan].Otro grupo se ha valido de los datos de Gaia para estudiar detalladamente la más larga de las corrientes de estrellas de la galaxia. Parece que algunas de sus estrellas han sido perturbadas por la invisible materia oscura; indica que las corrientes sirven para cartografiar la subestructura de la materia oscura por toda la galaxia.

Enanas a la carrera

Llevan decenios los astrofísicos debatiendo el origen de las supernovas de tipo Ia, unas explosiones de estrellas que valen como «candelas estándar» para calibrar las distancias cósmicas. Gracias a los datos de Gaia y a observaciones subsiguientes con telescopios, Ken Shen, de la Universidad de California en Berkeley, y sus colaboradores han encontrado fuertes indicios en favor de una teoría, la de la «detonación doble doblemente degenerada derivada dinámicamente», o D6.

D6 empieza con dos enanas blancas (densos núcleos de estrellas muertas, con el tamaño de un planeta) que describen cerradas órbitas la una alrededor de la otra. Según la teoría, la enana blanca más pesada empezará de pronto a despojar de materia a la más ligera, tan deprisa y con tanta turbulencia que parte del helio de la materia transferida explota. Esta detonación desencadena la explosión del carbono y el oxígeno de la enana más pesada, con lo que estalla como supernova del tipo Ia. Con nada que la sujete, la otra enana blanca sale disparada hacia el espacio a gran velocidad.

Entre los datos de Gaia, Shen y sus colaboradores descubrieron tres «enanas blancas con hipervelocidad», lanzadas a través de la galaxia a más de 1000 kilómetros por segundo, velocidad suficiente para escapar de su gravedad. Sostienen que su descubrimiento representa «una confirmación tentativa» de D6.. En un mensaje de correo electrónico, Shen dice que conocer los antecedentes de la supernovas de tipo Ia reducirá las incertidumbres en las mediciones de las distancias cósmicas y en los modelos del enriquecimiento químico de las galaxias producido por las supernovas.

Galaxia pequeña, agujero negro grande

Unos astrónomos británicos han reconstruido el origen de otra estrella con hipervelocidad: partió del centro de la Gran Nube de Magallanes, la mayor galaxia satélite de la Vía Láctea. Solo podría significar una cosa: que la estrella se aceleró al hacer una pasada alrededor de un agujero negro de gran masa en el centro de la Gran Nube de Magallanes: las galaxias de tamaño considerable albergan casi siempre agujeros negros centrales enormes, de proveniencia misteriosa. Su presencia en algunas minigalaxias acentúa el misterio.

El problema de Hubble

En 1998, Adam Riess y otros astrónomos infirieron, basándose en las distancias a las supernovas del tipo Ia, que la expansión del universo se acelera, impulsada por una «energía oscura». Por lo que se refiere a la velocidad a la que el espacio se está expandiendo actualmente, conocida como «constante de Hubble», llama la atención que las estimaciones basadas en las supernovas difieran en un 8 por ciento de las estimaciones basadas en la luz de los principios del universo, aun después de tomar en cuenta la aceleración impulsada por la energía oscura que ha tenido lugar desde entonces. Es uno de los mayores problemas sin resolver de la cosmología.

Ahora, Riess y sus colaboradores han usado los datos de Gaia para medir con mayor precisión las distancias a las estrellas cefeidas, que a su vez calibran las distancias a las supernovas de tipo Ia. Esto les ha permitido la más precisa medición obtenida hasta ahora de la constante de Hubble, y el resultado solo ha empeorado la discrepancia con las observaciones del universo primigenio.

Mientras muchos investigadores investigan las diversas poblaciones y dinámicas de las estrellas dentro de la galaxia propiamente dicha, Laura Watkins, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, y su equipo han empleado los movimientos de los cúmulos de estrellas que orbitan alrededor de la Vía Láctea para medir la masa de la galaxia. Incluyendo la materia oscura, dicen, pesa alrededor de un billón y medio de masas solares. Y Joshua Simon, de la Institución Carnegie de la Ciencia, analizó una población lejana de galaxias satélite, y encontró que todas ellas están actualmente en los puntos de sus órbitas alrededor de la Vía Láctea más cercanos. Esta aparente coincidencia es «extraña», comenta por correo electrónico. «No creo que hayamos tenido tiempo todavía para hacernos una idea de las consecuencias de este resultado».

«Sabíamos que Gaia sería revolucionaria», dice Simon. Los astrónomos estarán recogiendo sus frutos durante años.

Natalie Wolchover / Quanta Magazine

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Quanta Magazine, publicación independiente promovida por la Fundación Simons para potenciar la comprensión de la ciencia.

Referencia: los artículos científicos prepublicados en arXiv sobre Gaia DR2; la referencia de los mencionados en el texto se encuentra también en los enlaces de este.

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