Árbol genealógico de la Vía Láctea descifrado

Árbol de fusión de galaxias de la Vía Láctea. Fue inferido mediante la aplicación de los conocimientos obtenidos de las simulaciones de E-MOSAICS a la población del cúmulo globular galáctico. El principal progenitor de la Vía Láctea se denota por el tronco del árbol, coloreado por su masa estelar. Las líneas negras indican los cinco satélites identificados. 
Las líneas de puntos grises ilustran otras fusiones que se prevé que haya experimentado la Vía Láctea. Éstas no podrían estar vinculadas 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. Ellas son: Sagitario, Sequoia, Kraken, el progenitor principal de la Vía Láctea, el progenitor de las corrientes Helmi y Gaia-Enceladus-Sausage.

Crédito: D. Kruijssen / Universidad de Heidelberg. Tipo de licencia: Atribución (CC BY 4.0).

Resumen

Los científicos saben desde hace algún tiempo que las galaxias pueden crecer mediante la fusión de galaxias más pequeñas. Pero la ascendencia de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, ha sido un misterio de larga data. Ahora, un equipo internacional de astrofísicos ha logrado reconstruir el primer árbol genealógico completo de nuestra galaxia natal. Lo han hecho mediante el análisis de las propiedades de los cúmulos globulares que orbitan la Vía Láctea, con inteligencia artificial. El trabajo se publica en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Los cúmulos globulares y la historia de las fusiones de la Vía Láctea

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 cúmulos. Muchos de ellos se formaron en las galaxias más pequeñas que se fusionaron para formar la galaxia en la que vivimos hoy. Una vieja sospecha es que la antigüedad de los cúmulos globulares significaría que podrían usarse como «fósiles» para reconstruir las primeras historias de ensamblajes de galaxias. Sin embargo, solo con los últimos modelos y observaciones se ha hecho posible realizar esta promesa.

Un equipo de investigadores  ahora logró inferir la historia de las fusiones de la Vía Láctea y reconstruir su árbol genealógico, utilizando solo sus cúmulos globulares. El equipo fue dirigido por el Dr. Diederik Kruijssen y el Dr. Joel Pfefferen. El primero es del Centro de Astronomía de la Universidad de Heidelberg (ZAH) y el segundo, de la Universidad John Moores de Liverpool.

Relacionando las características de los cúmulos globulares con las propiedades de sus galaxias progenitoras: simulaciones E-MOSAICS

Para lograr esto, desarrollaron un conjunto de simulaciones por computadora avanzadas de la formación de galaxias similares a la Vía Láctea. Sus simulaciones, llamadas E-MOSAICS , son únicas porque incluyen un modelo completo para la formación, evolución y destrucción de cúmulos globulares. 

Los investigadores buscaban relacionar características de los cúmulos globulares con las propiedades de las galaxias progenitoras en las que se formaron. Esto último ocurrió hace más de 10 mil millones de años. Las características en cuestión son las edades, composiciones químicas y movimientos orbitales. Pudieron lograrlo utilizando las simulaciones.  Aplicando estos conocimientos a grupos de cúmulos globulares en la Vía Láctea, determinaron cuántas estrellas contenían estas galaxias progenitoras, y cuándo se fusionaron con ella.

“Siempre ha existido un desafío principal al tratar de conectar las propiedades de los cúmulos globulares con la historia de fusiones de su galaxia anfitriona. Consiste en que el ensamblaje de galaxias es un proceso extremadamente complicado, durante el cual las órbitas de los cúmulos globulares se reorganizan por completo”. Explicó Kruijssen. 

Descifrando la historia de fusiones de la Vía Láctea utilizando Inteligencia Artificial

“Para darle sentido al complejo sistema que queda hoy, decidimos utilizar inteligencia artificial. Entrenamos una red neuronal artificial en las simulaciones de E-MOSAICS para relacionar las propiedades del cúmulo globular con el historial de fusión de la galaxia anfitriona. Probamos el algoritmo decenas de miles de veces en las simulaciones. Nos sorprendió la precisión con que fue capaz de reconstruir las historias de fusión de las galaxias simuladas, utilizando solo sus poblaciones de cúmulos globulares».

Inspirados por este éxito, los investigadores se propusieron descifrar la historia de fusiones de la Vía Láctea. Para lograr esto, utilizaron grupos de cúmulos globulares que se cree que se formaron en la misma galaxia progenitora en función de su movimiento orbital. Aplicando la red neuronal a estos grupos, predijeron las masas estelares y los tiempos de fusión de las galaxias progenitoras con alta precisión. Pero también revelaron una colisión previamente desconocida entre la Vía Láctea y una galaxia enigmática, que los investigadores nombraron «Kraken».

“La colisión con Kraken debe haber sido la fusión más significativa que jamás haya experimentado la Vía Láctea”, agregó Kruijssen. “Antes, se pensaba que una colisión con la galaxia Gaia-Enceladus-Sausage, hace unos 9 mil millones de años, fue el evento de colisión más grande. 

Sin embargo, la fusión con Kraken tuvo lugar hace 11 mil millones de años, cuando la Vía Láctea era cuatro veces menos masiva. Como resultado, la colisión con Kraken debe haber transformado realmente el aspecto de la Vía Láctea en ese momento».

Conclusiones e investigación futura

En conjunto, estos hallazgos permitieron al equipo de investigadores reconstruir el primer árbol de fusión completo de nuestra galaxia. A lo largo de su historia, la Vía Láctea canibalizó unas cinco galaxias con más de 100 millones de estrellas. También canibalizó unas quince con al menos 10 millones de estrellas. Las galaxias progenitoras más masivas chocaron con la Vía Láctea hace entre 6 y 11 mil millones de años. 

Los investigadores esperan que sus predicciones estimulen futuros estudios para buscar los restos de estas 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 Kruijssen.

Fuente: Royal Astronomical Society ( RAS ).

Artículo original: «Family tree of the Milky Way deciphered«.

El paper

 “Kraken reveals itself – the merger history of the Milky Way reconstructed with the E-MOSAICS simulations”, J.M. Diederik Kruijssen, Joel L. Pfeffer, Mélanie Chevance, et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 498 (2), pp. 2472-2491 (2020) (DOI: 10.1093/mnras/staa2452).

El paper está disponible en: https://doi.org/10.1093/mnras/staa2452.

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