La historia temprana de nuestra galaxia natal, la Vía Láctea, es la de la unión de galaxias más pequeñas, lo que da lugar a bloques de construcción bastante grandes. Ahora, Khyati Malhan y Hans-Walter Rix, del Instituto Max Planck de Astronomía, han logrado identificar lo que podrían ser dos de los primeros bloques de construcción que aún hoy pueden reconocerse como tales: fragmentos protogalácticos que se fusionaron con una versión primitiva de nuestra Vía Láctea hace entre 12.000 y 13.000 millones de años, al comienzo mismo de la era de formación de galaxias en el Universo.

Los componentes, que los astrónomos han bautizado como Shakti y Shiva, se identificaron combinando datos del satélite astrométrico Gaia de la ESA con datos del sondeo SDSS. Para los astrónomos, el resultado equivale a encontrar rastros de un asentamiento inicial que creció hasta convertirse en una gran ciudad actual.

Cuando las galaxias chocan y se fusionan, se producen varios procesos en paralelo. Cada galaxia lleva consigo su propia reserva de gas hidrógeno. Al colisionar, esas nubes de gas hidrógeno se desestabilizan y en su interior se forman numerosas estrellas nuevas. Por supuesto, las galaxias entrantes también tienen ya sus propias estrellas, y en una fusión, las estrellas de las galaxias se mezclarán. A largo plazo, esas «estrellas acrecidas» también representarán parte de la población estelar de la galaxia combinada recién formada. Una vez completada la fusión, podría parecer imposible identificar qué estrellas proceden de cada galaxia predecesora. Pero, de hecho, existen al menos algunas formas de rastrear la ascendencia estelar.

La ayuda proviene de la física básica. Cuando las galaxias colisionan y sus poblaciones estelares se mezclan, la mayoría de las estrellas conservan propiedades muy básicas, directamente relacionadas con la velocidad y la dirección de la galaxia en la que se originaron. Las estrellas de una misma galaxia antes de la fusión comparten valores similares tanto para su energía como para lo que los físicos llaman momento angular, el momento asociado al movimiento orbital o rotación.

Para las estrellas que se mueven en el campo gravitatorio de una galaxia, tanto la energía como el momento angular se conservan: permanecen invariables a lo largo del tiempo. Busque grandes grupos de estrellas con valores de energía y momento angular similares e inusuales, y lo más probable es que encuentre un resto de fusión.

Otras indicaciones pueden ayudar a su identificación. Las estrellas que se formaron más recientemente contienen más elementos pesados, lo que los astrónomos denominan «metales», que las estrellas que se formaron hace mucho tiempo. Cuanto menor es el contenido en metales («metalicidad»), más temprana es presumiblemente la formación de la estrella. Cuando se trata de identificar estrellas que ya existían hace 13.000 millones de años, hay que buscar estrellas con muy bajo contenido en metales («pobres en metales»).

Identificar las estrellas que se unieron a nuestra Vía Láctea como partes de otra galaxia sólo ha sido posible hace relativamente poco tiempo. Para ello se necesitan grandes conjuntos de datos de alta calidad, y el análisis implica cribar los datos de forma inteligente para identificar la clase de objetos buscados.

Este tipo de datos sólo está disponible desde hace unos pocos años. El satélite astrométrico Gaia de la ESA ofrece un conjunto de datos ideal para este tipo de arqueología galáctica de big data. Lanzado en 2013, ha producido un conjunto de datos cada vez más precisos durante la última década, que ahora incluye posiciones, cambios de posición y distancias de casi 1.500 millones de estrellas dentro de nuestra galaxia.

Los datos de Gaia han revolucionado los estudios sobre la dinámica de las estrellas de nuestra galaxia y ya han permitido descubrir subestructuras desconocidas hasta ahora. Esto incluye la llamada corriente de Gaia Encélado/Sausage, un remanente de la fusión más reciente de mayor tamaño que ha sufrido nuestra galaxia natal, hace entre 8.000 y 11.000 millones de años.

También incluye dos estructuras identificadas en 2022: la corriente Pontus identificada por Malhan y sus colegas y el «pobre viejo corazón» de la Vía Láctea identificado por Rix y sus colegas. Esta última es una población de estrellas que se formaron durante las fusiones iniciales que crearon la proto-Vía Láctea, y que siguen residiendo en la región central de nuestra galaxia.

Rastros de Shakti y Shiva

Para su búsqueda actual, Malhan y Rix utilizaron datos de Gaia combinados con espectros estelares detallados del Sloan Digital Sky Survey (DR17). Estos últimos proporcionan información detallada sobre la composición química de las estrellas. Malhan afirma: Observamos que, para un cierto rango de estrellas pobres en metales, las estrellas se aglomeraban en torno a dos combinaciones específicas de energía y momento angular.

En contraste con el «pobre corazón viejo», que también era visible en esas parcelas, los dos grupos de estrellas afines tenían un momento angular comparativamente grande, consistente con grupos de estrellas que habían formado parte de galaxias separadas que se habían fusionado con la Vía Láctea. Malhan ha bautizado a estas dos estructuras con los nombres de Shakti y Shiva, esta última una de las principales deidades del hinduismo y la primera una fuerza cósmica femenina representada a menudo como consorte de Shiva.

Sus valores de energía y momento angular, además de su baja metalicidad general, equiparable a la del «pobre corazón viejo», hacen de Shakti y Shiva buenos candidatos para ser algunos de los primeros antepasados de nuestra Vía Láctea. Rix afirma: Shakti y Shiva podrían ser las dos primeras adiciones al «pobre viejo corazón» de nuestra Vía Láctea, iniciando su crecimiento hacia una gran galaxia.

Varios sondeos que ya están en marcha o que comenzarán en los próximos años prometen datos adicionales relevantes, tanto espectros (SDSS-V, 4MOST) como distancias precisas (LSST/Observatorio Rubin), deberían permitir a los astrónomos tomar una decisión firme sobre si Shakti y Shiva son o no realmente un atisbo de la prehistoria más temprana de nuestra galaxia natal.


Fuentes

Max Planck Institute for Astronomy | Khyati Malhan, Hans-Walter Rix, Shiva and Shakti: Presumed Proto-Galactic Fragments in the Inner Milky Way. The Astrophysical Journal 964 104. DOI 10.3847/1538-4357/ad1885


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