Desenredando cuerdas estelares en la Vía Láctea

Grupos de estrellas de larga vida en forma de cuerdas se alinean con los brazos espirales de la Vía Láctea y pueden proporcionar pistas sobre cómo se veían esos brazos hace mucho tiempo.

Los astrónomos han identificado miles de grupos estelares dentro de los 3.000 años luz del Sol. Pero el mapa 3D que crearon se parece más a una maraña de hilo que a un campo de estrellas.

Eso se debe a que cientos de los grupos que descubrieron parecen ser estructuras filamentosas con forma de hilo. Estos hilos de estrellas pueden rastrear la evolución de los brazos espirales de la Vía Láctea, explican Marina Kounkel (Western Washington University) y sus colegas en el Astronomical Journal del 23 de agosto.

Este diagrama muestra una vista frontal de grupos estelares, grupos (puntos) y grupos que se mueven juntos (líneas gruesas) de estrellas, dentro de los 3.000 años luz del Sol (ubicados en el centro de la imagen).
Cortesía de M. Kounkel y K. Covey (2019)

Las máquinas tiran de las cuerdas

Kounkel y sus colegas comenzaron con 20 millones de estrellas para las cuales el satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea había medido posiciones en el cielo y distancias de la Tierra, así como velocidades hacia o lejos de la Tierra. Los investigadores utilizaron un tipo de inteligencia artificial llamada aprendizaje automático no supervisado para clasificar la inmensa cantidad de datos, determinando si estas estrellas están agrupadas y cómo.

`` Aprendizaje automático no supervisado '' puede sonar como un problema, pero todo lo que significa en este caso es que un algoritmo de computadora agrupó estrellas sin que se les dijera cómo deberían ser los grupos. Como resultado, el algoritmo pudo encontrar grupos de todo tipo de formas y tamaños, incluidas las cadenas.

Parece que la mayoría de las estrellas están solas el algoritmo solo etiquetó al 1.5% de los 20 millones de estrellas como pertenecientes a un grupo. Pero de esas estrellas que se mueven juntas por el espacio, aproximadamente la mitad pertenece a grupos largos en forma de cuerda. La otra mitad se divide entre más de 1, 000 grupos más pequeños y más esféricos.

Las cadenas estelares tienen un promedio de 30 años luz de ancho y 650 años luz de largo, una longitud que coincide con el tamaño típico de una nube de formación estelar. Kounkel dice que es probable que una sola nube forme una sola cadena de estrellas.

Además, ninguna de las cuerdas tiene un grupo central, lo que indica que no comenzaron como grupos en forma de esfera que la gravedad de la Vía Láctea separó con el tiempo. En cambio, Kounkel y sus colegas argumentan que estos grupos tienen forma de cadena desde el primer momento.

¿Cuál es mi edad de nuevo?

Para explorar la evolución de las estructuras en forma de cuerdas, los astrónomos necesitan saber qué edad tienen las estrellas. Pero las estrellas son reacias a revelar su edad: las bolas ardientes de gas hidrógeno no cambian mucho en apariencia a lo largo de la vida y duran miles de millones de años.

Kounkel y sus colegas recurrieron al aprendizaje automático por segunda vez. Esta vez, entrenaron una red neuronal en cúmulos estelares con edades conocidas antes de liberarla en los grupos recién descubiertos. Luego, los astrónomos combinaron estos resultados con métodos más tradicionales para obtener edades estelares más precisas.

Puede explorar un mapa interactivo en 3D de los grupos, separados por edad, aquí.
(Tenga en cuenta que el mapa divide las estrellas por la edad logarítmica. Una estrella marcada como "7.0" en el mapa tiene una edad real de 10 ­ 7 o 10 millones de años.)

Ecos Espirales

Las cuerdas son sorprendentemente longevas. "En general, pensamos que las estrellas jóvenes abandonarían sus lugares de nacimiento unos pocos millones de años después de su formación, perdiendo por completo los lazos con su familia original", explica Kounkel. "Pero parece que las estrellas pueden permanecer cerca de sus hermanos por unos cuantos miles de millones de años".

La impresión detallada de este artista anotado muestra la estructura de la Vía Láctea. El brazo local está etiquetado como el brazo Orion-Cygnus.
ESO

Al mismo tiempo, las cuerdas parecen trazar algo sorprendentemente efímero: los brazos espirales de la Vía Láctea. Aunque desde lejos los brazos espirales parecen estar hechos de estrellas, solo están formando estrellas: las estrellas mismas pasan, de la misma manera que los autos pasan por atascos. Cuando las nubes de gas golpean el tráfico intermitente, se comprimen y colapsan en grupos de cientos o miles de estrellas.

Las cuerdas más jóvenes, aquellas de menos de 100 millones de años, juntas forman una estructura estrecha que se alinea con el Brazo Local de la Vía Láctea, el brazo espiral que alberga el Sol. Las cuerdas se encuentran perpendiculares al brazo local, aunque todavía no está claro por qué.

El brazo local de la Vía Láctea se encuentra cerca de la línea vertical "x = 0" que cruza la trama. Las cuerdas más jóvenes caen a lo largo de esta línea, aunque generalmente se alinean perpendicularmente a ella por razones que aún no están claras.
M. Kounkel y col. / Revista Astronómica

Kevin Luhman (Penn State), que no participó en el estudio, dice que esperaría que la colección de cuerdas se alineara con el Brazo Local. "Debido a la forma lineal del brazo original y sus nubes, las estrellas resultantes también tendrán una configuración lineal, similar a una cadena por un tiempo", explica.

Las cadenas más antiguas parecen alinearse de maneras que no se relacionan con el Brazo Local, pero Kounkel y sus colegas argumentan que podrían marcar otros brazos espirales que desde entonces se han disipado. El coautor Kevin Covey (también de la Western Washington University) señala: "Las cadenas más antiguas son un importante 'registro fósil' de la estructura espiral de nuestra galaxia".

El equipo planea más estudios con datos de Gaia y comparaciones con simulaciones para comprender mejor cómo evolucionan estas estructuras estelares.