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ASTRONOMIA. Los astrofísicos reconstruyen la historia de la fusión de galaxias en nuestra galaxia natal

 


Árbol genealógico de la Vía Láctea

Galaxias como la Vía Láctea formadas por la fusión de galaxias progenitoras más pequeñas. Un equipo internacional de astrofísicos dirigido por el Dr. Diederik Kruijssen del Centro de Astronomía de la Universidad de Heidelberg ha logrado reconstruir la historia de la fusión de nuestra galaxia de origen, creando un árbol genealógico completo. Para lograrlo, los investigadores analizaron las propiedades de los cúmulos globulares que orbitan la Vía Láctea con inteligencia artificial. Sus investigaciones revelaron una colisión de galaxias previamente desconocida que debe haber alterado permanentemente la apariencia de la Vía Láctea.

Árbol genealógico de la Vía Láctea

Árbol genealógico de la Vía Láctea. El principal progenitor de la Vía Láctea se denota por el tronco del árbol, coloreado por masa estelar. Las líneas negras indican las cinco galaxias identificadas. Las líneas de puntos grises representan otras fusiones que experimentó la Vía Láctea que no pudieron conectarse a un progenitor específico. De izquierda a derecha, las seis imágenes a lo largo de la parte superior de la figura indican las galaxias progenitoras identificadas: Sagitario, Sequoia, Kraken, el progenitor principal de la Vía Láctea, el progenitor de las corrientes Helmi y Gaia-Enceladus-Sausage. Fuente: D. Kruijssen

Los cúmulos globulares son grupos densos de hasta un millón de estrellas que son casi tan antiguas como el propio universo. La Vía Láctea alberga más de 150 de estos grupos. “Muchos de ellos procedían de galaxias más pequeñas que luego se fusionaron para formar la Vía Láctea en la que vivimos hoy”, explica el Dr. Kruijssen. Para estudiar la historia de la fusión, el investigador de Heidelberg y su colega el Dr. Joel Pfeffer de la Universidad John Moores de Liverpool (Reino Unido) y sus grupos de investigación desarrollaron un conjunto de simulaciones informáticas avanzadas, llamado E-MOSAICS. Estas simulaciones incluyen un modelo completo para la formación, evolución y destrucción de cúmulos globulares.

El equipo germano-británico utilizó estas simulaciones para relacionar las edades, composiciones químicas y movimientos orbitales de los cúmulos globulares con las propiedades de las galaxias progenitoras en las que se formaron, hace más de diez mil millones de años. Al aplicar estos conocimientos a grupos de cúmulos globulares en la Vía Láctea, no solo determinaron cuán masivas eran estas galaxias progenitoras, sino también cuándo se fusionaron con nuestra galaxia de origen.


Video de una de las simulaciones de E-MOSAICS, que muestra la formación de una galaxia similar a la Vía Láctea. El sombreado gris muestra el gas fragmentándose, formando estrellas y cayendo sobre la galaxia central. Las estrellas recién nacidas lanzan burbujas al gas con su intensa radiación y explosiones de supernovas. Los cúmulos globulares se indican mediante puntos de colores, donde el color indica la composición química: los cúmulos azules tienen un nivel bajo de elementos más masivos que el helio, mientras que los cúmulos rojos tienen un nivel alto de dichos elementos. Con el tiempo, la fusión de la galaxia central con galaxias satélites más pequeñas genera una gran cantidad de cúmulos globulares. Las edades, composiciones químicas y órbitas de estos cúmulos revelan la masa de la galaxia progenitora en la que se formaron originalmente, así como el momento en que se fusionó con la galaxia central. Juntos, estos permitieron descifrar el árbol genealógico de la Vía Láctea. Fuente: J. Pfeffer, D. Kruijssen, R. Crain, N. Bastian

“El principal desafío fue que el proceso de fusión es extremadamente complicado, porque las órbitas de los cúmulos globulares están completamente reorganizadas”, explica el Dr. Kruijssen. “Para superar esta complejidad, desarrollamos una red neuronal artificial y la entrenamos en las simulaciones de E-MOSAICS. Nos sorprendió la precisión con la que la inteligencia artificial nos permitió reconstruir las historias de fusión de las galaxias simuladas, utilizando solo sus cúmulos globulares ”. 

Luego, los investigadores aplicaron la red neuronal a grupos de cúmulos globulares en la Vía Láctea y determinaron con precisión las masas estelares y los tiempos de fusión de las galaxias progenitoras. También descubrieron una colisión previamente desconocida entre la Vía Láctea y una galaxia desconocida, a la que los investigadores llamaron "Kraken".

“La colisión con Kraken debe haber sido la fusión más significativa que jamás haya experimentado la Vía Láctea”, agrega el Dr. Kruijssen. Antes, se pensaba que una colisión con la galaxia Gaia-Encelado hace unos nueve mil millones de años era el evento de colisión más grande. Sin embargo, la fusión con Kraken tuvo lugar hace once mil millones de años, cuando la Vía Láctea era cuatro veces menos masiva que la actual. "Como resultado, la colisión con Kraken debe haber transformado realmente el aspecto de la Vía Láctea en ese momento", explica el científico de Heidelberg.

En conjunto, estos hallazgos permitieron al equipo de investigadores reconstruir el primer árbol genealógico completo de nuestra galaxia natal. A lo largo de su historia, la Vía Láctea canibalizó unas cinco galaxias con más de 100 millones de estrellas, y unas diez más con al menos diez millones de estrellas. Las galaxias progenitoras más masivas chocaron con la Vía Láctea hace entre seis y once mil millones de años. 

El Dr. Kruijssen espera que estas predicciones ayuden a la búsqueda futura de los restos de las galaxias progenitoras. “Ya se han identificado los restos de más de cinco galaxias progenitoras. Con los telescopios actuales y futuros, debería ser posible encontrarlos todos ”, concluye el investigador de Heidelberg.

Los resultados de la investigación se publicaron en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

Fuente: “Kraken reveals itself – the merger history of the Milky Way reconstructed with the E-MOSAICS simulations” by J M Diederik Kruijssen, Joel L Pfeffer, Mélanie Chevance, Ana Bonaca, Sebastian Trujillo-Gomez, Nate Bastian, Marta Reina-Campos, Robert A Crain, Meghan E Hughes, 17 August 2020, Monthly Notices of the Royal Astronomical SocietyDOI: 10.1093/mnras/staa2452

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