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 fusión de nuestra galaxia natal, 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. El principal progenitor de la Vía Láctea se denota por el tronco del árbol, coloreado por la 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 con 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: Sagittarius, Sequoia, Kraken, la progenitora principal de la Vía Láctea, la progenitora de las corrientes Helmi y Gaia-Enceladus-Sausage. Crédito: D. Kruijssen
Los cúmulos globulares son grupos densos de hasta un millón de estrellas que son casi tan antiguos como el universo mismo. La Vía Láctea alberga más de 150 de estos cúmulos. Muchos de ellos vinieron 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, denominado E-MOSAICS. Estas simulaciones incluyen un modelo completo para la formación, evolución y destrucción de cúmulos globulares.
El equipo germano-británico usó estas simulaciones para relacionar las edades, las composiciones químicas y los 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.
Película 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 soplan burbujas en el gas con su intensa radiación y explosiones de supernova. Los cúmulos globulares están indicados por puntos de colores, donde el color indica la composición química: los cúmulos azules tienen un bajo nivel de elementos más masivos que el helio, mientras que los cúmulos rojos tienen un alto nivel de tales elementos. Con el tiempo, la fusión de la galaxia central con galaxias satélite 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, permitieron descifrar el árbol genealógico de la Vía Láctea. Crédito: 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 se reorganizan por completo, explica el Dr. Kruijssen. Para superar esta complejidad, desarrollamos una red neuronal artificial y la entrenamos en las simulaciones 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 haya experimentado la Vía Láctea, agrega el Dr. Kruijssen. Antes, se pensaba que una colisión con la galaxia Gaia-Enceladus hace unos nueve mil millones de años fue el mayor evento de colisión. 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 realmente debe haber transformado el aspecto que tenía 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 en 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 a todos, concluye el investigador de Heidelberg.
Los resultados de la investigación se publicaron en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
Referencia: "Kraken se revela: la historia de fusión de la Vía Láctea reconstruida con las simulaciones E-MOSAICS" por JM Diederik Kruijssen, Joel L Pfeffer, Mélanie Chevance, Ana Bonaca, Sebastian Trujillo-Gomez, Nate Bastian, Marta Reina-Campos, Robert A Crain, Meghan E Hughes, 17 de agosto de 2020, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .
DOI: 10.1093/mnras/staa2452
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"La colisión con Kraken debe haber sido la fusión más significativa que haya experimentado la Vía Láctea", dijo Kruijssen. "Antes, se pensaba que una colisión con la galaxia Gaia-Encelado-Salchicha, que tuvo lugar hace unos 9.000 millones de años, fue el mayor evento de colisión".
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