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Años salvajes de la Vía Láctea

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26 de marzo de 2022

(Noticias de NanwerkHace mucho tiempo, nuestra galaxia, la Vía Láctea, estuvo realmente llena de acontecimientos: hace unos 13 a 8 mil millones de años, vivió duro y rápido, fusionándose con otras galaxias y consumiendo una gran cantidad de hidrógeno para formar estrellas. Con la ayuda de un nuevo conjunto de datos, Maosheng Xiang y Hans-Walter Rix del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg han reconstruido los turbulentos años de la adolescencia de nuestra galaxia natal. Para ello, los investigadores tuvieron que determinar con precisión las edades de las 250.000 estrellas de la Vía Láctea. Nuestra galaxia, la Vía Láctea, está formada por diferentes componentes Galaxia arquitectónica: nuestra galaxia, la Vía Láctea, está formada por diferentes componentes. Los investigadores de Max Planck ahora han reconstruido la historia de discos particularmente gruesos y delgados. (Foto: Stefan Payne-Wardenaar/MPIA)

Comprender la historia de formación y evolución de nuestra galaxia natal es un objetivo importante de la astronomía y la astrofísica, en el que la afluencia de «big data» de alta calidad en los últimos años ha llevado a un progreso impresionante. el nuevo estudionaturalezaY el «Una imagen resuelta en el tiempo de la historia de formación temprana de nuestra galaxia») de Xiang y Rix constituye un gran paso adelante al colocar fechas más precisas en las diferentes fases de la historia temprana de la Vía Láctea. Esto fue posible gracias a un análisis único que pudo determinar las edades de 250.000 estrellas.

En nuestra comprensión actual, nuestra galaxia original ha pasado por varias etapas. Durante la «fase naciente» (no es un término oficial en astronomía), pequeñas galaxias ancestrales ricas en gas se fusionaron para formar un grupo de crecimiento posterior en nuestra propia Vía Láctea. Debido a que estas galaxias no chocaron de frente, le dieron un giro a la estructura resultante, presumiblemente para aplanarse en lo que ahora vemos como el llamado disco grueso de nuestra Vía Láctea: gas y estrellas en un panqueque plano, 100,000 luz – 6000 años luz de diámetro y espesor.

También hubo una serie de fusiones adicionales con galaxias que eran algo más pequeñas que la Vía Láctea. Crearon el llamado halo estelar que rodea el disco de la Vía Láctea, generalmente sacudiendo las cosas. Los «años de la pubertad» que siguieron fueron más tranquilos e incluyeron una actividad constante de formación de estrellas en el llamado disco delgado, que es más joven y tiene solo 2.000 años luz de espesor. Vista de pájaro: esta ilustración muestra la Vía Láctea desde arriba, por así decirlo, revelando los brazos espirales de una galaxia de unos 100.000 años luz de diámetro.

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Esta ilustración muestra la Vía Láctea desde arriba Vista de pájaro: esta ilustración muestra la Vía Láctea desde arriba, por así decirlo, revelando los brazos espirales de una galaxia de unos 100.000 años luz de diámetro. (Foto: Stefan Payne-Wardenaar/MPIA)

El nuevo hallazgo presentado por Xiang y Rix ahora muestra con más detalle que nunca la historia de los años productivos de la adolescencia de la Vía Láctea, hace unos 13 a 8 mil millones de años. La clave de la reconstrucción fue que los astrónomos pudieron determinar con precisión las edades de aproximadamente 250.000 estrellas. En astronomía, esto no es más que una tarea fácil. Pero hay un tipo de estrella llamada «sub-gigante», donde se puede saber la edad directamente al observar la temperatura y el brillo de la superficie de la estrella. El inconveniente es que los subgigantes son raros: solo un pequeño porcentaje de las estrellas de nuestra Vía Láctea se encuentran en esa breve fase de sus vidas en un momento dado.

Afortunadamente, los estudios exhaustivos recientes proporcionan datos de alta calidad para una cantidad impresionante de estrellas, suficientes para incluir muchos ejemplos de tipos de estrellas incluso raros: el lanzamiento de datos preliminares 3 de la misión Gaia de la ESA, publicado en diciembre de 2020, proporciona datos de ubicación y distancia. Para casi 1500 millones de estrellas, la séptima publicación de datos del estudio LAMOST, publicado en 2021, contiene más de 9 millones de espectros estelares que contienen información sobre la temperatura y la composición química de las estrellas. Al combinar la información de estos estudios, Xiang y Rix pudieron construir su completo conjunto de datos de estrellas de edades conocidas.

La imagen resultante es notablemente clara. Clasificando las estrellas por edad y composición química, los astrónomos pudieron leer un resumen de la historia de la galaxia en al menos su adolescencia como un libro abierto, y con la información de la edad, pudieron saber cuándo ocurrieron las diferentes fases.

Durante edades tempranas, toda la acción tenía lugar en lo que ahora llamamos la corona estelar y el disco grueso, que se formaron a partir del flujo inicial de gas. Lo que Xiang y Rix descubrieron es que hace unos 11.000 millones de años, se formaron excepcionalmente muchas estrellas nuevas en nuestra galaxia en un corto período de tiempo. Es muy probable que este pico sea el resultado de una fusión en particular: la llamada Gaia Enceladus/Sausage, una galaxia satélite cuyos restos interrumpidos por la fusión fueron descubiertos y nombrados por dos grupos competidores utilizando datos de Gaia en 2018.

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En sus datos, Chiang y Rex pudieron notar que el pico de formación de estrellas prominentes en el disco grueso hace 11 mil millones de años coincidió con la aparición repentina de muchas estrellas cuyas órbitas cambiaron abrupta y drásticamente. Este último es una consecuencia obvia de la perturbación gravitacional causada por la fusión, lo que sugiere que el pico de formación estelar en la Vía Láctea no solo fue contemporáneo con la fusión Gaia Enceladus/Sausage, sino una consecuencia plausible de esto: ondas de choque del gas. colisión puede ser los grupos de la fusión de la galaxia.Con el gas en nuestra galaxia ha causado el colapso de la nube de gas y la formación de estrellas.

Después de que terminó la era turbulenta dominada por la fusión, el disco grueso continuó formando estrellas de una manera extraordinariamente productiva. El número total de estrellas formadas indica que, desde el principio, el disco grueso contenía enormes cantidades de gas. Esto también puede explicar su grosor: el gas no necesitaba asentarse verticalmente en un disco delgado para crear las condiciones adecuadas para la formación de tantas estrellas. Con esa cantidad de gas adecuada, crear nuevas estrellas aparentemente fue fácil.

Cuando se forman nuevas estrellas, las estrellas masivas en particular producen muchos de los elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, lo que los astrónomos llaman, de manera un tanto confusa, «metales». Los elementos más pesados ​​tienden a agruparse cerca de las regiones centrales de la galaxia. Por lo tanto, las estrellas que se forman recientemente en esas regiones contendrán más minerales que las estrellas que se forman en los suburbios.

Pero la muestra recolectada por Xiang y Rix muestra algo diferente: desde los primeros tiempos posibles aparece en los datos: ¡hace 13 mil millones de años, que es solo 800 millones de años después del Big Bang! Hasta el cambio de frecuencia hace 8 mil millones de años, todas las estrellas formadas en un momento dado parecen tener el mismo contenido metálico. El contenido mineral en sí mismo cambia con el tiempo: cuanto más antigua es la estrella, menos metal contiene.

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La explicación más sencilla es que durante todo ese tiempo hubo una delicada mezcla de gas por todo el grueso disco. Este es un hallazgo importante del nuevo estudio. De esta forma, todas las estrellas nacidas al mismo tiempo heredarán la misma composición química, aumentando la proporción de elementos pesados ​​con el tiempo, a medida que el gas se va contaminando más -lo que los astrónomos llaman enriquecimiento- con los productos de los procesos de fusión nuclear. Generaciones anteriores de estrellas.

Hace unos 8 mil millones de años, nuevos datos muestran que los años productivos de la adolescencia terminaron. Presumiblemente, esto se debe a que el disco grueso ha agotado gran parte de su suministro inicial de gas hidrógeno. Está claro que todavía hay un flujo constante de cantidades moderadas de gas hidrógeno fresco del espacio intergaláctico. A medida que termina la actividad de formación de estrellas en el disco grueso, este gas puede asentarse lentamente en un disco propio. Pero debido a la falta de una gran cantidad de gas, este disco necesitaba encogerse mucho más, hasta tener solo unos 2.000 años luz de espesor, para lograr las condiciones adecuadas para la formación de estrellas (templadas).

El resultado fue lo que ahora llamamos el disco delgado y extendido de nuestra galaxia. Ha comenzado el largo y casi aburrido período de la pubertad de nuestra galaxia natal. Otra colisión seria y fusión con una galaxia más pequeña podría animar un poco las cosas, pero para nuestra galaxia, no fue así, un destino bastante inusual, en comparación con otras galaxias. Sin embargo, lo que es inusual es la tendencia general: una fase temprana y fructífera seguida de una vida tranquila parece ser la norma para la evolución galáctica, según las simulaciones por computadora actuales.

Esta es la versión recién modificada de la historia de nuestra galaxia. Y lo que podría parecer equivalente en el curso de la narración de la historia humana -los principales acontecimientos y sus historias- es inusual para la astronomía. Es muy difícil establecer fechas confiables para eventos en la historia cósmica de nuestra galaxia. El éxito del nuevo estudio al hacerlo y, por lo tanto, poder crear una línea de tiempo detallada de los años de adolescencia de nuestra galaxia, es un gran avance.

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