Gaia encuentra partes de la Vía Láctea mucho más antiguas de lo esperado

Este desconcertante resultado proviene de un análisis realizado por Maosheng Xiang y Hans-Walter Rix, del Instituto Max-Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania. Tomaron datos de brillo y posición de Gaia. Publicación anticipada de datos 3 (EDR3) conjunto de datos y lo combinó con mediciones de las composiciones químicas de las estrellas, según los datos del Telescopio Espectroscópico de Fibra de Objetos Múltiples de Gran Área del Cielo de China (LAMOST) para aproximadamente 250 000 estrellas para derivar sus edades.

Eligieron mirar estrellas subgigantes. En estas estrellas, la energía ha dejado de generarse en el núcleo de la estrella y se ha trasladado a una capa alrededor del núcleo. La estrella misma se está transformando en una estrella gigante roja. Debido a que la fase subgigante es una fase evolutiva relativamente breve en la vida de una estrella, permite determinar su edad con gran precisión, pero sigue siendo un cálculo complicado.

¿Qué edad tienen las estrellas?

La edad de una estrella es uno de los parámetros más difíciles de determinar. No se puede medir sin rodeos, pero debe inferirse comparando las características de una estrella con modelos informáticos de evolución estelar. Los datos de composición ayudan con esto. El Universo nació casi exclusivamente con hidrógeno y helio. Los otros elementos químicos, conocidos colectivamente como metales para los astrónomos, se fabrican dentro de las estrellas y explotan de regreso al espacio al final de la vida de una estrella, donde pueden incorporarse a la próxima generación de estrellas. Entonces, las estrellas más viejas tienen menos metales y se dice que tienen menor metalicidad.

Los datos de LAMOST dan la metalicidad. Juntos, el brillo y la metalicidad permiten a los astrónomos extraer la edad de la estrella a partir de los modelos informáticos. Antes de Gaia, los astrónomos trabajaban de forma rutinaria con incertidumbres del 20 al 40 por ciento, lo que podría dar lugar a que las edades determinadas fueran imprecisas en mil millones de años o más.

La publicación de datos EDR3 de Gaia cambia esto. «Con los datos de brillo de Gaia, podemos determinar la edad de una estrella subgigante en un pequeño porcentaje», dice Maosheng. Armados con las edades precisas de un cuarto de millón de estrellas subgigantes repartidas por toda la galaxia, Maosheng y Hans-Walter comenzaron el análisis.

Anatomía de la Vía Láctea

Nuestra galaxia está hecha de diferentes componentes. En términos generales, estos se pueden dividir en el halo y el disco. El halo es la región esférica que rodea el disco y tradicionalmente se ha pensado que es el componente más antiguo de la galaxia. El disco se compone de dos partes: el disco delgado y el disco grueso. El disco delgado contiene la mayoría de las estrellas que vemos como la banda brumosa de luz en el cielo nocturno que llamamos la Vía Láctea. El disco grueso tiene más del doble de la altura del disco delgado, pero tiene un radio más pequeño y contiene solo un pequeño porcentaje de las estrellas de la Vía Láctea en la vecindad solar.

Al identificar estrellas subgigantes en estas diferentes regiones, los investigadores pudieron construir una línea de tiempo de la formación de la Vía Láctea, y fue entonces cuando se llevaron una sorpresa.

Dos fases en la historia de la Vía Láctea

Las edades estelares revelaron claramente que la formación de la Vía Láctea se dividió en dos fases distintas. En la primera fase, comenzando apenas 800 millones de años después del Big Bang, el grueso disco comenzó a formar estrellas. Las partes internas del halo también pueden haber comenzado a asociarse en esta etapa, pero el proceso se aceleró rápidamente hasta completarse unos dos mil millones de años después, cuando una galaxia enana conocida como Gaia-Salchicha-Encelado. se fusionó con la Vía Láctea. Llenó el halo con estrellas y, como lo revela claramente el nuevo trabajo, activó el disco grueso naciente para formar la mayoría de sus estrellas. El delgado disco de estrellas que contiene al Sol se formó durante la segunda fase posterior de la formación de la galaxia.

El análisis también muestra que después del estallido de formación de estrellas desencadenado por la fusión con Gaia-Salchicha-Encelado, el disco grueso continuó formando estrellas hasta que el gas se agotó alrededor de 6 mil millones de años después del Big Bang. Durante este tiempo, la metalicidad del disco grueso creció más de un factor de 10. Pero, sorprendentemente, los investigadores ven una relación edad estelar-metalicidad muy estrecha, lo que indica que durante ese período, el gas que forma las estrellas estaba bien mezclado. en todo el disco. Esto implica que las primeras regiones del disco de la Vía Láctea debieron haberse formado a partir de gas altamente turbulento que esparció los metales de manera efectiva por todas partes.

Una línea de tiempo gracias a Gaia

La edad de formación más temprana del disco grueso apunta a una imagen diferente de la historia temprana de nuestra galaxia. “Desde el descubrimiento de la antigua fusión con Gaia-Salchicha-Encelado, en 2018, los astrónomos han sospechado que la Vía Láctea ya estaba allí antes de que se formara el halo, pero no teníamos una imagen clara de cómo era esa Vía Láctea. Nuestros resultados brindan detalles exquisitos sobre esa parte de la Vía Láctea, como su nacimiento, su tasa de formación estelar y su historial de enriquecimiento de metales. Reunir estos descubrimientos utilizando los datos de Gaia está revolucionando nuestra imagen de cuándo y cómo se formó nuestra galaxia”. dice Maosheng.

Y es posible que aún no estemos mirando lo suficientemente lejos en el Universo para ver la formación de discos galácticos similares. Una edad de 13 mil millones de años corresponde a un corrimiento al rojo de 7, donde el corrimiento al rojo es una medida de qué tan lejos está un objeto celeste y, por lo tanto, cuánto tiempo le tomó a su luz cruzar el espacio y alcanzarnos.

Podrían surgir nuevas observaciones en un futuro cercano, ya que el Telescopio Espacial James Webb se ha optimizado para ver las primeras galaxias similares a la Vía Láctea en el Universo. Y el 13 de junio de este año, Gaia lanzará su versión completa tercer lanzamiento de datos (Gaia DR3). Este catálogo incluirá espectros e información derivada, como edades y metalicidad, lo que hará que estudios como el de Maosheng sean aún más fáciles de realizar.

“Con cada nuevo análisis y publicación de datos, Gaia nos permite reconstruir la historia de nuestra galaxia con un detalle aún más sin precedentes. Con el lanzamiento de Gaia DR3 en junio, los astrónomos podrán enriquecer la historia con aún más detalles”, dice Timo Prusti, científico del proyecto Gaia de la ESA.

«Una imagen resuelta en el tiempo de la historia de formación temprana de nuestra Vía Láctea» por Maosheng Xiang y Hans-Walter Rix se publica en Naturaleza. doi 10.1038/s41586-022-04496-5

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