Con la ayuda de observaciones detalladas, los astrónomos han logrado obtener una primera visión representativa de las numerosas estrellas jóvenes en las regiones centrales de nuestra galaxia natal. Las observaciones proporcionan evidencia de que la formación de estrellas en el centro galáctico comenzó cerca del centro y luego se abrió camino hacia el exterior. Esto confirma un modo de formación de estrellas que se había encontrado anteriormente en los centros de otras galaxias distantes. Los resultados también revelan que la mayoría de las estrellas en esa región no se formaron en cúmulos masivos fuertemente unidos, sino en asociaciones sueltas cuyas estrellas miembros se separaron hace mucho tiempo. Los resultados han sido publicados en Nature Astronomy .

Cuando se trata de estrellas, la región central de nuestra galaxia natal, la Vía Láctea, está considerablemente más poblada que otras partes de nuestra galaxia. Los astrónomos han esperado durante mucho tiempo que esto les proporcione un laboratorio para estudiar la rápida formación de estrellas, un fenómeno que ocurre en muchas otras galaxias, y en particular durante los primeros miles de millones de años de la historia cósmica. Pero el hacinamiento hace que las estrellas en la región central sean notoriamente difíciles de observar.

Ahora, un nuevo análisis basado en un sondeo infrarrojo de alta resolución, que acaba de ser publicado en Nature Astronomy , proporciona una primera reconstrucción representativa de la historia de la formación estelar en la región central galáctica. También muestra que la mayoría de las estrellas jóvenes en el centro galáctico no se formaron en cúmulos masivos estrechamente unidos, sino en asociaciones estelares sueltas, que se dispersaron en los últimos millones de años.

Galaxias productivas e improductivas

Nuestra Vía Láctea no es una galaxia muy productiva. En conjunto, las nuevas estrellas que forma nuestra galaxia natal en un año ascienden a no más de unas pocas masas solares. Las llamadas "galaxias de explosión de estrellas" son mucho más efectivas:durante breves episodios que duran unos pocos millones de años, ¡producen decenas o incluso cientos de masas solares en estrellas por año! Más generalmente, hace 10 mil millones de años, ese tipo de alta tasa de formación, con decenas de masas solares producidas cada año, parece haber sido la norma entre las galaxias.

Los astrónomos utilizan habitualmente la Vía Láctea para aprender sobre las propiedades de las galaxias en general. Después de todo, la Vía Láctea es la única galaxia donde tenemos una vista lateral del anillo y podemos estudiar los procesos y las propiedades de cerca, en detalle. Dada la baja eficiencia de formación estelar de la Vía Láctea, se podría pensar que la formación estelar de alta productividad es un área en la que esta receta (estudiar localmente lo que sucede en galaxias distantes también) no funciona. Pero estaría equivocado:en las regiones centrales de la Vía Láctea, que corresponden a los 1300 años luz centrales alrededor del agujero negro central de nuestra galaxia, las tasas de formación de estrellas en los últimos 100 millones de años han sido diez veces más altas que el promedio. El núcleo de nuestra galaxia es tan productivo como una galaxia de explosión estelar, o como las galaxias hiperproductivas de hace 10 mil millones de años.

Los retos de observar las regiones centrales galácticas

Pero si queremos aprender sobre la formación de estrellas de alta productividad en las regiones centrales de nuestra galaxia, hay un desafío:estas regiones son notoriamente difíciles de observar. Para empezar, vistos desde la Tierra, están escondidos detrás de copiosas cantidades de polvo. Pero ese problema se resuelve fácilmente:use observaciones infrarrojas, de ondas milimétricas o de radio. En esas longitudes de onda, la luz atravesará el polvo, permitiéndonos ver el centro galáctico. Así fue como los grupos de Andrea Ghez y Reinhard Genzel realizaron sus observaciones ganadoras del Premio Nobel de las estrellas que orbitan el agujero negro central de nuestra galaxia (infrarrojo cercano), y cómo Event Horizon Collaboration produjo la primera imagen de la sombra del centro de nuestra galaxia. agujero negro (ondas milimétricas a 1,3 mm).

Con ese primer problema resuelto, viene el siguiente:el centro galáctico está tan lleno de estrellas que es difícil distinguir una estrella de la siguiente. La excepción son ciertas estrellas gigantes muy brillantes, que son particularmente luminosas, se destacan entre la multitud y, por lo tanto, se pueden separar del resto con relativa facilidad. Este problema ha molestado a los astrónomos que intentan dar sentido a la formación estelar de alta productividad en el centro galáctico durante años. Que hubo tal formación estelar en los últimos 1 a 10 millones de años no está en duda:la presencia de hidrógeno gaseoso dividido en sus componentes (ionizado) por la luz ultravioleta de estrellas jóvenes y calientes, y la presencia de rayos X característicos de ciertas tipos de estrellas jóvenes y muy masivas, lo atestigua.

Pero con el problema del hacinamiento, la pregunta "... entonces, ¿dónde están las estrellas jóvenes resultantes?" ha sido difícil de responder. Antes del nuevo análisis descrito aquí, los astrónomos solo habían encontrado alrededor del 10% de la masa estelar total esperada en el centro galáctico, en dos cúmulos estelares masivos y en forma de unas pocas estrellas jóvenes aisladas. Entonces, ¿dónde estaban todas las demás estrellas y cuáles eran sus propiedades?

Un censo estelar de una encuesta detallada

Esa fue la pregunta que se hicieron los autores del artículo recién publicado. Francisco Nogueras-Lara, investigador independiente de Humboldt en el grupo Lise Meitner de Nadine Neumayer en el Instituto Max Planck de Astronomía, y su colega Rainer Schödel en el Instituto de Astrofísica de Andalucía en Granada, España, estaban en una posición única para ir sobre encontrar las estrellas jóvenes desaparecidas en el centro galáctico:Schödel es el investigador principal (IP) de GALACTICNUCLEUS:un estudio que hizo uso de la cámara infrarroja HAWK-I en el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral para tomar casi 150 imágenes (en las bandas infrarrojas J, H y Ks) de la región central de la Vía Láctea, cubriendo un área total de 64 000 años luz cuadrados alrededor del centro galáctico.

Nogueras-Lara tomó la delantera en la búsqueda. Para identificar estrellas individuales en una región poblada, lo que se necesita es resolución, la capacidad de distinguir pequeños detalles en el cielo. El VLT está compuesto por telescopios con espejos de 8 metros. Con un método conocido como imágenes holográficas, que combina varias imágenes de exposición corta de una manera adecuada para mitigar los efectos de desenfoque de la atmósfera terrestre, la encuesta logró mapear su región objetivo con mucho más detalle que nunca (con una resolución de 0,2 segundos de arco). ). Donde antes solo se habían cartografiado un puñado de estrellas, GALACTICNUCLEUS proporcionó datos individuales de 3 millones.

Mapeando 3 millones de estrellas individuales en el centro galáctico

Cuando los investigadores observaron las imágenes (en falso color) del sondeo GALACTICNUCLEUS, inmediatamente vieron que la región del centro galáctico conocida como Sagittarius B1 era diferente. Contiene considerablemente más estrellas jóvenes, que ionizan el gas circundante, que otras regiones, un efecto que no fue una sorpresa:las observaciones anteriores, en particular de la luz característica del gas de hidrógeno ionizado por estrellas calientes, lo habían indicado. Con las observaciones altamente resueltas de GALACTICNUCLEUS, Nogueras-Lara y sus colegas pudieron ahora, por primera vez, estudiar las estrellas de la región en detalle.

Incluso con su estudio de alta resolución, los astrónomos solo pudieron estudiar estrellas gigantes individualmente (no las llamadas estrellas de secuencia principal como nuestro Sol), pero los datos de los 3 millones de estrellas que pudieron estudiar por separado ya contenían una gran cantidad de información. En particular, los astrónomos pudieron deducir el brillo de cada estrella, compensando el oscurecimiento debido al polvo entre nosotros y una estrella en particular. Todas las estrellas en Sagitario B1 están aproximadamente a la misma distancia de la Tierra, y se conoce la distancia de la Tierra al centro galáctico; Con esa información, los astrónomos pudieron reconstruir la luminosidad de cada estrella:el brillo intrínseco, correspondiente a la cantidad de luz que emite una estrella por unidad de tiempo.

Reconstruyendo la historia de la formación estelar en el centro galáctico

Particularmente interesante fue la distribución estadística de la luminosidad estelar de esas estrellas:cuántas estrellas había en cada "soporte de brillo". Para las estrellas que se forman al mismo tiempo, esa distribución de luminosidad cambia con el tiempo de manera regular y predecible. A su vez, dada tal distribución, es posible deducir al menos una historia aproximada de la formación de estrellas:¿Cuántas estrellas se formaron hace más de unos 7 mil millones de años? ¿Cuántos en el rango intermedio entre alrededor de 2 y alrededor de 7 mil millones de años? ¿Cuántos más recientemente? La distribución de luminosidad ofrece al menos una respuesta estadística:la historia de formación estelar más probable.

Cuando Nogueras-Lara, Neumayer y Schödel analizaron su distribución de luminosidad, encontraron que efectivamente hubo varias fases de formación estelar en Sagitario B1:una población más antigua que se formó hace entre 2 y 7 mil millones de años, y una gran población de estrellas mucho más jóvenes. , apenas 10 millones de años o incluso más joven que eso. Nogueras-Lara dice:"Nuestro estudio representa un gran paso adelante en la búsqueda de estrellas jóvenes en el centro galáctico. Las estrellas jóvenes que encontramos tienen una masa total de más de 400 000 masas solares. Eso es casi diez veces mayor que la masa combinada de los dos cúmulos estelares masivos que se conocían previamente en la región central".

Estrellas de construcción en la región central, de adentro hacia afuera

Curiosamente, las estrellas que los investigadores encontraron en Sagitario B1 están dispersas y no forman parte de un cúmulo masivo. Eso sugiere que nacieron en una o más asociaciones estelares más flexibles, menos unidas por la gravedad mutua de las estrellas, que luego se disolvieron rápidamente a medida que orbitaban el centro galáctico en escalas de varios millones de años, dejando atrás muchas estrellas separadas. Y aunque, para empezar, este resultado se refiere a Sagitario B1, también podría explicar de manera mucho más general por qué las estrellas jóvenes en el centro galáctico solo se pueden encontrar mediante estudios de alta resolución como el presente trabajo:nacieron en asociaciones sueltas que desde entonces dispersados ​​en estrellas separadas.

La presencia de la población más antigua de estrellas en Sagitario B1 también es interesante. En las regiones más internas del centro galáctico, hay estrellas de más de 7 mil millones de años, pero prácticamente ninguna estrella en el rango de edad intermedia de 2 a 7 mil millones de años. Esto podría indicar que la formación de estrellas en la región central comenzó en la región más interna y luego se extendió a las regiones exteriores, dando una tendencia general para la cronología de la formación de estrellas en esas regiones. Para otras galaxias, este mecanismo de adentro hacia afuera para construir el llamado disco nuclear, un disco a pequeña escala hecho de estrellas que rodean el centro galáctico, ya se había observado. Los nuevos resultados indican que lo mismo está sucediendo en la región central de nuestra galaxia natal.

Próximos pasos

A pesar de lo convincente que ya es la evidencia de las imágenes infrarrojas, tanto para la reconstrucción de la historia de formación estelar como para la tendencia general de adentro hacia afuera de la formación estelar, los astrónomos están ansiosos por poner sus deducciones sobre una base aún más firme. Con ese fin, Nogueras-Lara y sus colegas planean hacer un seguimiento de sus observaciones con el instrumento KMOS en el VLT, un espectrógrafo de alta precisión. En el presente estudio, las deducciones se realizaron con base en la distribución general de luminosidad. Las observaciones espectrales permitirían a los astrónomos identificar directamente algunas de las estrellas muy jóvenes, a partir de la apariencia de sus espectros. Esa sería una verificación cruzada importante de los resultados ahora publicados.

Además, los astrónomos seguirán los movimientos de las estrellas recién descubiertas en el cielo ("movimiento propio"). Cerca del centro galáctico, las estrellas se mueven relativamente rápido. Por eso, a pesar de que estas estrellas se encuentran a una distancia de unos 26.000 años luz de la Tierra, observaciones minuciosas a lo largo de unos años podrán medir sus cambios de posición. Las estrellas que se formaron en una y la misma asociación estelar se dispersan con el tiempo, es probable que su movimiento siga siendo muy similar, por lo que rastrear el movimiento propio permitiría deducir si las estrellas en Sagitario B1 nacieron en una o más asociaciones sueltas.

En conclusión, Nadine Neumayer dice:"Ambos tipos de mediciones servirán para confirmar, pero definitivamente refinar, los resultados del trabajo ahora publicado. Al mismo tiempo, nosotros y nuestros colegas comenzaremos a explorar cuáles son los nuevos conocimientos sobre la formación estelar". en el centro galáctico puede informarnos sobre la formación estelar de alta productividad en otras galaxias". + Explora más

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