Astrónomos encuentran las ruinas de un antiguo cúmulo estelar al borde de la Vía Láctea

Telescopio de Gemini Norte reveló que un grupo de estrellas ancianas ubicada en los márgenes de nuestra galaxia, corresponde a un cúmulo estelar desgarrado

5 Enero 2022

Una antigua corriente estelar descubierta en los confines de la Vía Láctea tiene una cantidad de elementos pesados más baja que cualquier otro sistema estelar conocido en nuestra galaxia. Observaciones realizadas con el Observatorio Gemini, un Programa de NOIRLab de NSF y AURA, mostraron que las estrellas en esta corriente fueron arrancadas de un antiguo cúmulo estelar y son reliquias remotas de los primeros tiempos de la Vía Láctea, lo que puede proporcionar información importante sobre la formación de las primeras estrellas.

Un equipo internacional de investigadores, incluyendo científicos de Europa, Canadá y Rusia,  descubrieron una corriente de estrellas única orbitando la Vía Láctea [1]. Denominada como C-19, la corriente estelar se encuentra al sur de la espiral de la Vía Láctea y su órbita se extiende a unos 20.000 años luz del centro galáctico, en su máxima aproximación, y a unos 90.000 años luz en su punto más lejano. La corriente estelar se extiende a través de una gran zona del cielo, de unas 30 veces el ancho de la Luna llena, aunque no es visible a simple vista.

Utilizando el telescopio de Gemini Norte —ubicado en Hawai‘i como parte del Observatorio internacional Gemini, un Programa de NOIRLab de NSF y de AURA —, y el espectrógrafo GRACES [2], el equipo se dio cuenta que C-19 es un remanente de un cúmulo estelar. Además, descubrieron que las estrellas en la corriente poseen una proporción excepcionalmente baja de elementos pesados, o como dicen los astrónomos, poseen baja “metalicidad” [3]. Antes se creía que los cúmulos globulares tenían una metalicidad no inferior al 0,2%, pero C-19 tiene una metalicidad sin precedentes de menos del 0,05%, más baja de lo que se ha observado en cualquier sistema estelar en la Vía Láctea o en sus alrededores.

El descubrimiento de que una corriente de baja metalicidad se originó de un cúmulo globular, tiene implicaciones para la formación de estrellas, cúmulos globulares y galaxias en el Universo temprano. La sola existencia de la corriente prueba que los cúmulos globulares y los primeros bloques de construcción de la Vía Láctea, tuvieron que formarse en ambientes de baja metalicidad, antes que las sucesivas generaciones de estrellas suministraran elementos más pesados al Universo [4].

“Se desconocía la existencia de cúmulos globulares con tan pocos elementos pesados. Algunas teorías incluso plantearon la hipótesis de que no podrían formarse en absoluto” comentó Nicolas Martin del Observatorio Astronómico de Estrasburgo, quien es el líder de la investigación publicada en la revista Nature y que reportó este descubrimiento. “Otras teorías sugieren que todas estas corrientes habrían desaparecido hace tiempo, lo que hace que este sea un descubrimiento clave para nuestra comprensión sobre la formación de estrellas en el Universo temprano”.

Utilizando un algoritmo diseñado especialmente para detectar corrientes estelares, el equipo detectó la existencia de C-19 a partir de los datos de la misión Gaia [5]. Las estrellas en C-19 también fueron clasificadas por el estudio Pristine —una investigación para buscar las estrellas con más baja metalicidad en y alrededor de la Vía Láctea, utilizando el Telescopio de Canadá-Francia-Hawaii en Hawai‘i— como lo suficientemente interesante para observaciones de seguimiento. Para identificar el origen de las estrellas que conforman C-19, los astrónomos necesitaron espectros detallados obtenidos por GRACES [6]. El equipo también reunió datos utilizando un espectrógrafo montado en el Gran Telescopio Canarias en La Palma, en las Islas Canarias.

“GRACES proporcionó pistas cruciales que indican que C-19 es un cúmulo globular perturbado y no una típica galaxia enana destrozada”, explicó Kim Venn de la Universidad de Victoria, investigador líder por parte de las observaciones de GRACES [7]. “Ya sabíamos que se trataba de una corriente estelar muy pobre en metales, pero para diferenciarla como un cúmulo globular requeríamos de un detallado análisis de su metalicidad y sus elementos químicos, los que sólo están disponibles con espectros de alta resolución”.

Las observaciones de Gemini sugieren que el cúmulo se tuvo que haber formado a partir de generaciones muy tempranas de estrellas, convirtiendo a C-19 en una destacable reliquia del tiempo, cuando los primeros grupos de estrellas se formaron. Consecuentemente, este descubrimiento mejora nuestra comprensión de la formación de estrellas y cúmulos estelares que surgieron poco tiempo después del Big Bang y provee un laboratorio natural cercano en el que es posible estudiar las estructuras más antiguas de las galaxias.

“Este artefacto de tiempos ancestrales abre una ventana directa y única a las primeras épocas de formación estelar en el Universo” agregó el co-investigador Julio Navarro de la Universidad de Victoria. “Si bien los astrónomos pueden observar las galaxias más distantes para estudiar el Universo temprano, ahora sabemos que es posible estudiar las estructuras más antiguas en nuestra propia galaxia como fósiles de aquellos tiempos ancestrales”, concluyó.

“Esta colaboración internacional revela nuevos y sorprendentes conocimientos sobre la estructura, evolución y formación de nuestra galaxia”, añadió Martin Still, Director del Programa Gemini en la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU. “Los telescopios de Gemini continúan demostrando avances clave en la comprensión de nuestro cielo nocturno, con respecto a nuestro ecosistema cósmico y a nuestro propio lugar en el Universo”.

Notas

[1] Las corrientes estelares son colecciones de estrellas que alguna vez habitaron pacíficamente en cúmulos globulares de galaxias enanas, pero que desde entonces han sido desperdigadas y deformadas en largos torrentes de estrellas que se extienden a lo largo de la órbita original del cúmulo.

[2] El Acceso Remoto de Gemini al Espectrógrafo ESPaDOnS del telescopio CFHT (GRACES) es el resultado de una cooperación entre el Telescopio Canadá-Francia-Hawaii (CFHT), Gemini, y NRC-Herzberg (Canadá). Esta colaboración combina la enorme área colectora del telescopio de Gemini Norte con el alto poder de resolución y enorme eficiencia del espectrógrafo ESPaDOnS en el telescopio CFHT, para entregar espectroscopía de alta resolución en longitudes de onda ópticas. Esto se consigue mediante una fibra óptica de 270 metros de longitud que va desde el telescopio de Gemini Norte hasta ESPaDOnS.

[3] Los astrónomos utilizan el término “metales” para referirse a los elementos más pesados que el helio. Como la mayor parte de la materia convencional en el Universo corresponde a hidrógeno y helio,  “metales” es una forma abreviada que se utiliza para referirse al resto de los elementos. Por ejemplo, nuestro Sol tiene una metalicidad de 0,012 lo que significa que sólo un 1,2% del Sol corresponde a elementos más pesados que el helio (principalmente oxígeno, carbón y hierro).

[4] Elementos más pesados que el helio se forman principalmente mediante nucleosíntesis estelar —es decir, la creación de elementos químicos mediante el proceso de fusión que ocurre en los núcleos de las estrellas. Al final de la vida de las estrellas, las estrellas crean elementos pesados que son lanzados al Universo y terminan incorporándose a estrellas nuevas. Como resultado, las estrellas más antiguas del Universo temprano tienden a tener metalicidades más bajas que las estrellas jóvenes, que se formaron recientemente en ambientes relativamente ricos en metales.

[5] La nave espacial de la European Space Agency fue lanzada en 2013 con el propósito de crear un mapa tridimensional preciso de más de mil millones de estrellas, incluyendo un mapeo de las ubicaciones, movimientos, composición y temperaturas de estas estrellas.

[6] Las observaciones de Gemini fueron parte del Large and Long observing program liderado por Kim Venn de la Universidad de Victoria (Canadá). Estos programas se otorgan a un puñado de astrónomos cada año por su potencial impacto científico y colaboración en la comunidad astronómica. 

[7] Las observaciones de Gemini revelaron que las proporciones de sodio y magnesio en las estrellas de C-19 variaban en un factor de tres, lo cual es típico de las estrellas en cúmulos globulares antiguos (lo que probablemente se debe a la quema de hidrógeno a altas temperaturas) y no se ve en las galaxias enanas regulares.

Más Información

Esta investigación fue presentada en el artículo “A stellar stream remnant of a globular cluster below the metallicity floor” en la revista Nature.

El equipo estaba compuesto por: Nicolas F. Martin (Strasbourg Astronomical Observatory), Kim A. Venn (University of Victoria), David S. Aguado (University of Cambridge, Instituto de Astrofísica de Canarias, and Universitá degli Studi di Firenze), Else Starkenburg (University of Groningen), Jonay I. González Hernández (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna), Rodrigo A. Ibata (Université de Strasbourg), Piercarlo Bonifacio (Observatoire de Paris), Elisabetta Caffau (Observatoire de Paris), Federico Sestito (University of Victoria), Anke Arentsen (Université de Strasbourg), Carlos Allende Prieto (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna), Raymond G. Carlberg (University of Toronto), Sebastien Fabbro (University of Victoria and NRC Herzberg Astronomy & Astrophysics), Morgan Fouesneau (Max-Planck-Institut für Astronomie), Vanessa Hill (Université Côte d’Azur), Pascale Jablonka (École Polytechnique Fédérale de Lausanne and Observatoire de Paris), Georges Kordopatis (Université Côte d’Azur), Carmela Lardo (Università degli Studi di Bologna), Khyati Malhan (Stockholm University), Lyudmila I. Mashonkina (Russian Academy of Sciences), Alan W. McConnachie (NRC Herzberg Astronomy & Astrophysics), Julio F. Navarro (University of Victoria), Rubén Sánchez Janssen (UK Astronomy Technology Centre), Guillaume F. Thomas (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna), Zhen Yuan (Université de Strasbourg), and Alessio Mucciarelli (Università degli Studi di Bologna and INAF–Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna).

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai‘i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai‘i y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.

Contactos

Kim Venn
Professor, Physics & Astronomy
University of Victoria
Tel: +1 250 415 5135
Correo electrónico: kvenn@uvic.ca

Vanessa Thomas
Public Information Officer
NSF NOIRLab
Tel: +1 520 318 8132
Correo electrónico: vanessa.thomas@noirlab.edu

Esta es una traducción del Comunicado de Prensa de NOIRLab noirlab2201.