Conociendo nuestro vecindario galáctico
Buscando a los vecinos más pequeños de la Vía Láctea
10 Feb. 2023
Nuestra Vía Láctea no es un puesto fronterizo solitario en la inmensidad del Universo. En lugar de estar sola en el espacio, la Vía Láctea en realidad comparte su región del Universo con toda una serie de galaxias y cúmulos de estrellas más pequeños. Dos de sus vecinas, la Gran Nube de Magallanes y la Pequeña Nube de Magallanes, adornan de manera inconfundible los cielos australes. Otras, en cambio, mantienen un perfil más bajo. De hecho, gran parte de ellas son tan pequeñas y tenues que no han sido detectadas durante mucho tiempo, a pesar de ser nuestras vecinas más cercanas. Pero gracias a los avances tecnológicos y a minuciosas observaciones, durante los últimos años se han realizado diversos descubrimientos que nos han permitido detectar a estos objetos.
William Cerny es uno de los astrónomos que intenta detectar estos escurridizos objetos y comenta que es como buscar la tan conocida aguja en un pajar: “Debemos explorar grandes regiones del cielo en busca de objetos que muchas veces equivalen a 1/30 de la Luna en diámetro”, explica.
Por fortuna, esta es exactamente la labor para la cual fue diseñada la Cámara de Energía Oscura (DECam) construida por el Departamento de Energía de EE.UU. DECam es un instrumento instalado en el Telescopio de 4 metros Víctor M. Blanco del Observatorio Interamericano Cerro Tololo, un Programa de NOIRLab de NSF. Esta cámara combina un amplio campo de visión con una alta sensibilidad, por lo cual puede escanear grandes franjas del cielo nocturno y detectar estrellas tenues que forman parte de galaxias enanas vecinas.
Para aprovechar estas impresionantes capacidades, en 2019, un grupo de astrónomos –entre ellos, Cerny– estableció un consorcio denominado DELVE, el estudio de la Exploración del Volumen Local de DECam. Su investigación ya ha dado frutos, con un artículo científico reciente que informa sobre las otras seis compañeras ultra tenues de la Vía Láctea.
Sin embargo, estos sistemas estelares no son todos iguales. Varían significativamente en tamaño, y contienen desde varios miles hasta unos pocos miles de millones de estrellas, por lo cual no siempre es muy sencillo categorizarlas. De los objetos encontrados recientemente por DELVE, tres han sido clasificados como cúmulos de estrellas ultra tenues y se cree que tres son en realidad galaxias enanas, aunque extremadamente tenues. “Es probable que dos de estos nuevos sistemas representen algunas de las galaxias más pequeñas jamás descubiertas”, agrega Cerny.
No sólo astrónomos profesionales se han sumado a la búsqueda de estos sistemas estelares. Cuando el astrónomo aficionado italiano Giuseppe Donatiello examinó los datos de archivo, identificó seis de estos objetos desde 2016, incluyendo dos en el grupo local Piscis VII y Pegasus V. Tres de éstos, denominados Donatiello II, III y IV, estaban muy escondidos en las imágenes de DECam y ahora se sabe que corresponden a satélites de la galaxia Sculptor (NGC 253). Estos descubrimientos han culminado en una investigación coordinada por el astrofísico español David Martínez Delgado.
La detección de estos objetos es testimonio de la habilidad y dedicación de Donatiello, ya que el algoritmo diseñado específicamente para la tarea había fallado en su detección. Después de todo, incluso con los algoritmos de más alta calidad aún es difícil detectar candidatas a galaxias más tenues dentro del ruido de datos, por lo cual a veces se requiere un enfoque práctico más tradicional.
“Realmente se necesita talento para encontrar estos fantasmas cósmicos… pero debo decir que las imágenes de DECam son de excelente calidad. Me encanta revisar estas imágenes, aunque sólo sea por el placer de dar con objetos curiosos e interesantes”, señala Donatiello.
Cuando se ha detectado un candidato en un estudio de campo amplio, se pueden realizar observaciones más enfocadas para verificar su naturaleza. Donatiello II, por ejemplo, fue confirmado como una galaxia enana mediante un programa del Telescopio Espacial Hubble, que capturó la imagen que se encuentra abajo, publicada recientemente por la ESA como imagen de la semana. Incluso en este caso es difícil detectar esta galaxia sin mayores pretensiones, camuflada entre una multitud de estrellas en el lado derecho.
Con el censo de galaxias enanas ultra tenues que ya alcanza a más de 60 sistemas, ¿qué podemos aprender de estos objetos enigmáticos, aparte de conocer a nuestros vecinos? Bueno, los astrónomos piensan que encierran muchas pistas para resolver algunas de las interrogantes cosmológicas más importantes, como la formación de las galaxias, cómo era el Universo temprano y hasta el misterio de la materia oscura.
Las teorías que prevalecen sostienen que, durante la expansión del Universo desde el Big Bang, la materia oscura ha colapsado en muchas partes formando grupos separados, autosostenibles llamados halos de materia oscura. Los especímenes más pequeños, que generalmente habitan dentro de los halos, se denominan sub-halos.
Se piensa que en estos focos con alta gravedad se sentaron las bases para la formación de las galaxias, con materia congregada en las estructuras, atraída por su atracción gravitacional. Dado que las galaxias ultra tenues más pequeñas están alojadas en los sub-halos más pequeños –algunos de los primeros halos que se formaron después del Big Bang–, las teorías actuales sostienen que esas galaxias también estarían entre las más antiguas del Universo.
Por desgracia, la vida parece haberse truncado para estos objetos. Los astrónomos creen que, durante la era de la reionización, cuando las primeras estrellas empezaron a emitir una potente radiación, se pudo haber expulsado gran parte del gas de estas galaxias emergentes, cuya gravedad era insuficiente para retenerlo. La ausencia de gas habría extinguido la formación estelar de forma prematura.
Así se podría explicar por qué tantas galaxias ultra tenues parecen tener poblaciones estelares muy antiguas y contienen pocos elementos pesados que se producen con las siguientes generaciones de estrellas. También puede explicar su poco brillo, ya que al tener poblaciones de estrellas más pequeñas y antiguas –y una mayor proporción de materia oscura en comparación con la materia luminosa– no son tan brillantes a pesar de su tamaño.
Sin embargo, para los astrónomos que estudian la formación de estrellas y galaxias, estos objetos resultan muy valiosos. Tienen suficiente gravedad como para retener los restos de las primeras explosiones de supernova, y han conservado también los indicios químicos de las vidas tempranas de las estrellas, sin la contaminación de las posteriores generaciones estelares.
De hecho, el último artículo científico de DELVE describe estos fósiles cósmicos como “laboratorios casi prístinos para estudiar la naturaleza de la materia oscura, rastrear el nacimiento y muerte de las primeras estrellas y estudiar la física del Universo temprano”.
Si bien los descubrimientos se han acelerado en las últimas dos décadas, los astrónomos están a punto de ver un cambio aún mayor, impulsado por el Observatorio Vera C. Rubin, un Programa de NOIRLab de NSF. Su nombre fue designado en honor a una pionera en el descubrimiento de la materia oscura, esta nueva instalación actualmente está en construcción en la cima de Cerro Pachón en Chile. A partir de 2024, llevará a cabo un estudio sin precedentes del cielo óptico que durará una década, utilizando la cámara digital más grande jamás fabricada para la astronomía óptica.
Durante 10 años, este telescopio se dedicará a obtener imágenes de cada parte del cielo visible (en unas pocas noches), y recopilará un catálogo astronómico miles de veces más grande que los disponibles actualmente para los astrónomos. Con esta nueva avalancha de datos, los astrónomos esperan descubrir un gran número de galaxias ultra tenues alrededor de la Vía Láctea.
Esto ha requerido instalar una cámara de 2.800 kg en la cima de una montaña remota, pero finalmente estamos conociendo a nuestros vecinos galácticos más escondidos. Con suerte, en los próximos años, también conoceremos sus historias.
