Gracias a nuevas tecnologías de visualización telescópica, algunos de los misterios más fascinantes acerca de la formación y la evolución de las galaxias están siendo descifrados. En un estudio recientemente publicado en Nature, un equipo de la Universidad de Bolonia ha descubierto nuevas pistas que ayudan a explicar los orígenes de la Vía Láctea.

El bulbo de la Vía Láctea está ocultado tras una inmensa nube opaca de gases que dificulta el estudio de su naturaleza, su composición, y su origen. Pero gracias a una «joya técnica» de óptica adaptativa llamada MAD (Multi-conjugate Adaptive Optics Demonstrator), un equipo del ESO (Observatorio Europeo Austral) liderado por Francesco Ferraro de la Universidad de Bolonia ha logrado penetrar esa barrera y revelar algunos de sus secretos.

Los resultados de la investigación fueron publicados la semana pasada en Nature, y describen cómo se pudo haber formado la galaxia que llamamos «nuestra» hace unos 12 mil millones de años. Para ello se centraron en Terzan 5, un cúmulo globular atípico que parece ser, por su composición estelar y química, una pequeña galaxia que fue engullida por la Vía Láctea en tiempos remotos.

Las galaxias caníbales no son raras en el universo. Es un fenómeno cósmico relativamente común, y este estudio postula que la nuestra se formó en un proceso similar. «Sugerimos que Terzan 5 es la reliquia de un gran sistema estelar que, junto con otros sistemas similares, sufrió disrupciones progresivas y de esa manera contribuyó a la formación del bulbo en la época remota de la ensambladura de la galaxia», declaró Ferraro a Tercera Cultura.

Terzan 5 (que lleva el apellido del astrónomo armenio-francés que lo descubrió en 1968, Agop Terzan) es un cúmulo globular que orbita al borde del bulbo central de la Vía Láctea, y que está compuesto de dos tipos de estrellas de diversa composición química y de distintas edades. Esto es lo que lo hace diferente. Sólo se conoce un cúmulo similar en nuestra galaxia, Omega Centauri, pero éste se halla en el halo de la Vía Láctea, tiene una composición química relativamente pobre en hierro, y sus estrellas son todas de un mismo tipo.

Utilizando el VLT (Very Large Telescope) del ESO en Chile, los investigadores obtuvieron unas extraordinarias imágenes en infrarrojo que sugerían que Terzan 5 incluía un grupo de estrellas que se había formado hace 12 mil millones de años, y otro de estrellas mucho más jóvenes. Tras examinar los niveles de temperatura y luminosidad, determinaron que el grupo más antiguo era parte de una galaxia original mucho más masiva, que se desgarró al colisionar con «un bebé de sólo mil millones de años», la Vía Láctea, provocando una serie de supernovas. Estas inmensas explosiones produjeron enormes nubes de gas que luego se fueron consolidando para producir las estrellas más recientes.

«Hemos sugerido que unos 6 mil millones de años después de la primera formación de estrellas, sucedió una segunda generación con el gas residual de la primera; en particular, el gas enriquecido de hierro de las explosiones de supernovas anteriores», explica Ferraro.

La pieza final del puzzle fue precisamente la medición de la composición química de los dos grupos de estrellas, utilizando los telescopios del observatorio Keck en la isla de Hawai’i. Midieron el contenido de hierro de los dos grupos y hallaron que en las estrellas más recientes, el nivel era tres veces superior al de las más antiguas, confirmando las sospechas.

Un modelo popular para explicar la formación de los bulbos de las galaxias espirales sostiene que resultaron directamente del colapso de una inmensa nube de gas, el llamado «colapso monolítico». Pero este nuevo estudio sugiere que el bulbo de la Vía Láctea podría ser el producto de una serie de colisiones y agregaciones progresivas de objetos muy parecidos a Terzan 5. De hecho, el grupo de estrellas más antiguas de Terzan 5 tiene la misma composición química y metálica que el bulbo de la galaxia.

«Si el escenario que sugerimos es correcto, entonces debería haber más fragmentos ‘supervivientes’ de esa época remota», agrega Ferraro. «Observar el centro de la galaxia es difícil, pero, tal como demuestra nuestro descubrimiento, con los instrumentos adecuados podremos extraer información directa hasta de esa zona».

Reliquias cósmicas

Entrevista con Francesco Ferraro

Dipartimento di Astronomia; Università di Bologna
(Líder del grupo de astrofísica que investiga el cúmulo Terzan 5)

¿Qué demuestra el cúmulo Terzan 5 acerca de la estructura general y la evolución de las galaxias?

Hemos descubierto que Terzan 5 no es un cúmulo globular genuino, que sería un conjunto de estrellas casi de la misma edad (entre ellas) y con la misma abundancia de hierro; es más parecido a una pequeña galaxia.

En Terzan 5 hemos identificado dos poblaciones distintas de estrellas que difieren de modo significativo en términos de edad: las más antiguas son de hace 12 mil millones de años y las más recientes de hace 6 mil millones; y también en la abundancia de hierro: las más recientes son unas 3 veces más ricas en hierro que las más antiguas. Hemos sugerido que unos 6 mil millones de años después de la primera formación de estrellas, sucedió una segunda generación con el gas residual de la primera; en particular, el gas enriquecido de hierro de las explosiones de supernovas anteriores.

Como sabemos que las explosiones de supernovas tienden a expulsar el gas del sistema, esta evidencia nos está diciendo que Terzan 5 era mucho más masivo en el pasado de lo que es hoy, en un factor de 500 a 1000, y más que cualquier cúmulo “normal”, lo suficientemente masivo como para ser capaz de retener el gas en su entorno.

Por todo esto sugerimos que Terzan 5 es la reliquia de un gran sistema estelar que, junto con otros sistemas similares, sufrió disrupciones progresivas y de esa manera contribuyó a la formación del bulbo en la época remota de la ensambladura de la galaxia. Más generalmente, esto sugiere que los bulbos centrales de las galaxias espirales pueden tener su origen en el acrecentamiento de subestructuras más pequeñas.

Entonces, ¿esperáis descubrir más estructuras parecidas a Terzan 5 en la región central ocultada por los gases?

Sí; si el escenario que sugerimos es correcto, entonces deberían haber más fragmentos “supervivientes” de esa época remota. Observar el centro de la galaxia es difícil, pero, tal como demuestra nuestro descubrimiento, con los instrumentos adecuados podremos extraer información directa hasta de esa zona.

¿Cuál es la posición de Terzan 5 con relación al bulbo central?

Terzan 5 está orbitando al borde del bulbo central de la galaxia y es posible que su órbita lo haya “preservado” de sufrir una disgregación total.

¿Por qué las galaxias espirales tienen bulbos?

Este sigue siendo un asunto controvertido. Otra cuestión podría ser por qué las galaxias espirales tienen brazos, ya que la mayoría de los conjuntos estelares en el universo básicamente tiene una forma esférica. Una manera básica de pensarlo es que la forma de las galaxias se debe a un equilibrio entre las fuerzas gravitacionales, que tienden a atraer gases y estrellas hacia el centro de la proto-galaxia, y al momento angular, la rotación.

¿Sientes a veces que lo que estás haciendo se parece al trabajo de un detective?

Sin duda. Un detective investigando el pasado remoto de la galaxia, o algo parecido a lo que haría un astro-arqueólogo. Intentamos reconstruir la historia de la formación de la galaxia investigando pequeños fragmentos de fósiles de esa época remota. En este caso hemos encontrado una extraordinaria reliquia cósmica, con algo como antiguos jeroglíficos impresos sobre ella, y sólo hemos empezado a descifrar el significado de ese antiguo lenguaje.

¿Crees que habrá más sorpresas en el futuro inmediato?

La verdad es que la investigación de la población estelar en los cúmulos globulares es cada vez más interesante. Siempre que observamos estos objetos con un nuevo instrumento, nos revelan un secreto nuevo e inesperado. Estos sistemas son una verdadera mina de oro de información sobre la formación y la evolución de las galaxias, pero también involucran a otros campos de investigación, como la dinámica, la Relatividad General, la física fundamental, etc. Por ejemplo, los estamos usando para comprender mejor cuáles son los efectos sobre la vida de las estrellas cuando se ven forzadas a existir muy juntas entre sí y, también en éste caso, hemos descubierto resultados inesperados. Mantened la sintonía durante los próximos meses.

vicente.carbona@terceracultura.net