Las ‘pruebas de paternidad estelares’ relacionan las estrellas huérfanas con sus orígenes en la Vía Láctea

En el entorno caótico de los cúmulos estelares abiertos, fuertes interacciones gravitacionales entre cuerpos pueden lanzar estrellas individuales fuera del cúmulo, incluso fuera de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Ahora, por primera vez, los investigadores han utilizado nuevos datos de la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea para mapear varias estrellas fuera del disco galáctico hasta sus cúmulos principales.

Investigadores de la Universidad de Lehigh presentaron «Pruebas de paternidad de Steller: estrellas B de alta latitud para los cúmulos abiertos de su nacimiento» en una conferencia de prensa hoy en la 243ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS) en Nueva Orleans.

«Al rastrearlas en el tiempo para ver dónde se originaron, pudimos relacionar 15 de ellas con los cúmulos de estrellas en los que nacieron», dijo el profesor asociado de física de la Universidad de Lehigh, M. dijo Virginia (Ginny) McSwain. «Si podemos decir con mayor confianza de dónde proceden algunas de estas estrellas, aprenderemos más sobre la historia de los cúmulos de estrellas en la Vía Láctea».

La mayoría de las estrellas fuera del delgado disco de la Vía Láctea, que consiste en brazos espirales con un diámetro más grueso en el centro, tienen ocho mil millones de años y se formaron temprano en la historia de la galaxia. Dada su avanzada edad, no es de extrañar que haya viajado lejos de su lugar de nacimiento.

Debido a que casi toda la formación estelar en nuestra galaxia ocurre en el disco delgado, rara vez se encuentran estrellas calientes de tipo B fuera de esta región. Sin embargo, un pequeño número de estas estrellas jóvenes (estimadas en 10 a 100 millones de años) que se encuentran en las altitudes superior e inferior del disco, pueden haber sido expulsadas de sus cúmulos de nacimiento en los últimos millones de años.

«Las estrellas calientes no salen del disco con mucha frecuencia, por lo que cuando lo hacen, están significativamente fuera de lugar», dijo Brandon Schweers, estudiante universitario de la Universidad de Lehigh que dirigió la investigación del proyecto. «Los cúmulos ‘padres’ probablemente expulsan muchas de estas estrellas de tipo B, con interacciones gravitacionales de tres o cuatro cuerpos que expulsan a los miembros del cúmulo, alejándolos del plano de la Vía Láctea».

Una estrella estudiada fue expulsada a una velocidad particularmente alta, por lo que pudo haber sido expulsada durante una supernova en un sistema estelar binario cercano, dijo Schweers, un estudiante de último año que estudia astrofísica. Las estrellas solo se pueden expulsar para girar hacia atrás y volver a disparar.

Aunque estas estrellas «huérfanas» se conocen desde hace más de dos décadas, ninguna ha sido cartografiada anteriormente en su ubicación original, ya que no se dispone de datos de calidad para rastrear sus orígenes. Sin embargo, con datos de la misión Gaia, los investigadores pudieron comprender los movimientos de las estrellas con una precisión mayor que la disponible anteriormente.

Usar trayectorias para rastrear tiempos pasados

La misión Gaia, lanzada en 2013, tiene como objetivo estudiar más de mil millones de estrellas en la Vía Láctea y construir un mapa tridimensional preciso de la galaxia. Los datos incluyen mediciones de posición sin precedentes de estrellas y mediciones de velocidad radial de los 150 millones de objetos más brillantes.

Basándose en los datos de Gaia publicados en 2022, los investigadores de Lehigh rastrearon las trayectorias cinemáticas de 95 estrellas B de altas latitudes y alrededor de 1.400 cúmulos abiertos de galaxias conocidos para identificar los momentos en los que se cruzaron en el pasado y se produjo la eyección.

«Usando sus posiciones 3D y velocidades 3D a través del espacio, pudimos calcular las trayectorias de cada cúmulo y estrella de alta latitud durante los últimos 30 millones de años», dijo McSwain. Utilizaron el paquete Python galpy de código abierto para el análisis de la dinámica galáctica y modelar el campo gravitacional de la galaxia en cada punto.

Una vez que identificaron posibles coincidencias, compararon el color y el brillo de cada estrella expulsada con el diagrama de Hertzsprung-Russell (HR), un diagrama de color y magnitud para cada cúmulo abierto. Un cúmulo abierto suele contener miles de estrellas de la misma edad y composición a la misma distancia.

«La forma del diagrama HR depende en gran medida de la edad del cúmulo, por lo que podemos decir si una estrella expulsada tiene una edad similar a la de su potencial hermano del cúmulo», dijo McSwain. La aplicación de la prueba de recursos humanos reduce aún más la lista de posibles coincidencias.

Finalmente, analizaron la densidad central de cada grupo como posible coincidencia. Los cúmulos con densidades más altas tienen interacciones gravitacionales más fuertes entre sus miembros que les dan una mayor capacidad para expulsar estrellas.

Las pruebas de paternidad dan positivo

Combinando estas herramientas, los investigadores confirmaron coincidencias de paternidad positivas para 15 estrellas huérfanas. Rastrear ese linaje galáctico le dio a Schweers la idea del título de la presentación.

«Cuando llegué al punto de comparar el color y el brillo con posibles coincidencias y descartar aquellos que mostraban una mala correlación en los diagramas HR, sentí como si estuviera comparando el ‘ADN’ de estrellas huérfanas y sus potenciales hermanas». dijo Schweers, recordando «El show de Maury Povich».

«Creo que todo el mundo ha oído eso de ‘Tú no eres el padre’ en ese programa. Para la mayoría de estos grupos, básicamente les decía que estas estrellas huérfanas no son los padres, así que se me ocurrió el nombre. ‘Nakshatra Pruebas de paternidad'», dijo.

Basándose en sus cálculos de trayectoria, los investigadores estiman que la eyección tuvo lugar hace entre 5 y 30 millones de años, «volando a través de la Vía Láctea hasta sus ubicaciones actuales a velocidades de 30 a 220 kilómetros por segundo (67.000 a 490.000 millas por hora). » ellos escribieron. «Nuestros resultados proporcionan una medida de la edad de eyección de cada estrella huérfana, lo que proporciona nuevos conocimientos sobre la importancia relativa de la eyección dinámica frente a la de supernova en cúmulos abiertos jóvenes».

Aunque pudieron hacer coincidir varias estrellas distantes, algunas no pudieron rastrearse hasta el disco de la Vía Láctea, añadió, proporcionando evidencia de otros escenarios inusuales. Estos pueden incluir formación estelar rara en nubes moleculares fuera del disco, o pueden ser restos de antiguas galaxias enanas que anteriormente se fusionaron con la Vía Láctea.

Christopher J. Avilés, un estudiante universitario de astrofísica que se graduará en 2022, contribuyó al proyecto de investigación de Bremer.