Arriba: gráfico de densidad 2D de las posiciones espaciales XY de la muestra de estrellas calientes OBAF en LAMOST. A modo de comparación, la posición del Sol está marcada con una estrella naranja. Ubicación aproximada de los brazos espirales en la Galaxia de Reid et al. (2014) se muestran como líneas negras gruesas y su extensión se indica con líneas discontinuas gruesas. El código de colores representa la densidad numérica de estrellas en log (N). Abajo: diagrama de densidad bidimensional de las posiciones espaciales RZ de nuestra muestra completa. El código de colores representa la densidad numérica de estrellas en log (N). Préstamo: arXiv (2022). DOI: 10.48550/arxiv.2207.04542
Keith Hawkins, profesor asistente de astronomía en la Universidad de Texas en Austin, utilizó cartografía química, también conocida como mapeo químico, para identificar áreas de los brazos espirales de la Vía Láctea que anteriormente no habían sido detectadas. Su investigación, publicada en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Societydemuestra el valor de esta técnica pionera en la comprensión de la forma, estructura y evolución de nuestra Galaxia natal.
Los mapas químicos de la Galaxia muestran cómo se distribuyen los elementos de la tabla periódica a lo largo de la Vía Láctea. Permiten a los astrónomos determinar la ubicación de los cuerpos celestes en función de su composición química, no de la luz que emiten. Si bien la idea de la cartografía química ha existido durante algún tiempo, los astrónomos solo recientemente han podido obtener resultados significativos con esta técnica. Esto se debe a la incorporación de telescopios cada vez más potentes a la red.
“Al igual que los primeros exploradores que mapearon nuestro mundo cada vez mejor, ahora estamos haciendo mapas cada vez mejores de la Vía Láctea”, dice Hawkins. “Estos mapas revelan cosas que creíamos que eran ciertas, pero aún tenemos que comprobarlas”.
Sabemos desde la década de 1950 que la Vía Láctea es una galaxia espiral. Sin embargo, su forma exacta, estructura e incluso el número de brazos ha sido objeto de investigación en curso. Esto se debe a que vivimos en nuestra Galaxia natal y no podemos viajar lo suficientemente lejos como para verla desde la perspectiva de un extraño. “Se siente como una gran ciudad”, explica Hawkins. “Puedes mirar alrededor de los edificios y ver en qué calle estás, pero es difícil saber cómo se ve toda la ciudad a menos que estés sobrevolándola en un avión”.
Nuestra visión limitada de la Vía Láctea no ha impedido que los astrónomos creen modelos bien informados de ella; o artistas de dibujar hermosas ilustraciones. “Pero”, dice Hawkins, “quería saber qué tan precisos eran estos modelos e ilustraciones. Y vea si la cartografía química puede revelar una visión más clara de los brazos espirales de la Vía Láctea”.
Mapeo de la Vía Láctea
Una forma tradicional de mapear la Vía Láctea es identificar concentraciones de estrellas jóvenes. A medida que la Vía Láctea gira, el polvo y el gas de sus brazos espirales se contraen, lo que hace que nazcan nuevas estrellas. Entonces, donde hay muchas estrellas jóvenes, también se predice que habrá un brazo.
Los astrónomos pueden localizar estrellas jóvenes detectando la luz que emiten. Pero a veces las nubes de polvo pueden oscurecer las estrellas, lo que dificulta que incluso los mejores telescopios vean su luz. Como resultado, aún quedan por descubrir algunas regiones de los brazos de la Vía Láctea.
La cartografía química ayuda a los astrónomos a completar las piezas que faltan.
Lo hace basándose en un concepto astronómico llamado “metalicidad”. La metalicidad se refiere a la proporción de metales a hidrógeno presente en la superficie de una estrella. En astronomía, cualquier elemento de la tabla periódica que no sea hidrógeno o helio se denomina “metal”. Las estrellas jóvenes contienen más metales que las estrellas más viejas y, por lo tanto, tienen una metalicidad más alta. Esto se debe a que se formaron más tarde en la historia de nuestro universo, cuando existían más metales.
Después del Big Bang, los únicos elementos que existieron fueron hidrógeno, helio y pequeñas cantidades de algunos metales. En sus núcleos, las estrellas de primera generación combinaron hidrógeno y helio en metales cada vez más complejos (los elementos cada vez más pesados de la tabla periódica) hasta que murieron o explotaron. Pero del caos surge la vida. Estas explosiones arrojaron los metales al medio ambiente, donde se usaron como bloques de construcción para la próxima generación de estrellas.
A medida que se repite el ciclo de nacimiento y destrucción estelar, cada generación de estrellas se enriquece con metales más complejos que la anterior, lo que le otorga una metalicidad cada vez mayor. En teoría, los brazos espirales de la Vía Láctea, que contienen muchas estrellas jóvenes, deberían tener una metalicidad más alta que las regiones intermedias.
Comparando mapas
Para crear su mapa, Hawkins identificó la distribución de la metalicidad en la Vía Láctea. Se centró en el área alrededor de nuestro sol para la que existen estos datos: una vista de hasta 32.600 años luz. Se esperaba que las áreas con muchos objetos ricos en metales se alinearan con los brazos espirales, y se esperaba que las áreas deficientes en objetos ricos en metales se alinearan con los espacios entre los brazos.
Cuando comparó su propio mapa con otros mapas de la misma región de la Vía Láctea, los brazos espirales se alinearon. Además, debido a que el mapa de Hawkins identifica los brazos espirales en función de la metalicidad en lugar de la luz emitida por las estrellas jóvenes, han surgido nuevas regiones que antes se desconocían.
“La gran conclusión”, dice Hawkins, “es que los brazos espirales son, de hecho, más ricos en metales. Esto ilustra el valor de la cartografía química para determinar la estructura y formación de la Vía Láctea. Tiene el potencial de cambiar por completo nuestra visión de la Galaxia. ”
El telescopio espacial Gaia está revolucionando el estudio de nuestra galaxia
A medida que nuestros telescopios se vuelven más poderosos, también lo hace la promesa de la cartografía química.
Para su investigación, Hawkins analizó datos de LAMOST y el telescopio espacial Gaia. Los nuevos datos de Gaia (Lanzamiento de datos 3) fueron particularmente esclarecedores. Eso es porque Gaia ofrece el estudio más preciso y completo de la Vía Láctea, incluida su composición química, hasta la fecha.
Desde su lanzamiento en 2013, Gaia ha monitoreado aproximadamente dos mil millones de objetos. Los astrónomos ahora pueden expandir su estudio de miles de objetos a miles de millones y en un área mucho más grande de la galaxia.
“La gran cantidad de datos disponibles de Gaia ahora nos permite hacer cartografía química a escala galáctica”, dice Hawkins. “Los datos sobre las posiciones de miles de millones de estrellas y sus composiciones químicas solo estuvieron disponibles recientemente”.
Hasta ahora, Gaia ha proporcionado datos químicos para la región más grande de la Vía Láctea hasta la fecha. Sin embargo, esto sigue siendo solo alrededor del uno por ciento de la Galaxia. A medida que Gaia continúa explorando el cielo y se conectan nuevos telescopios, los astrónomos pueden utilizar cada vez más la cartografía química para comprender las propiedades fundamentales de nuestra galaxia natal. Estas lecciones pueden, a su vez, aplicarse a otras galaxias y al universo en su conjunto. Como explica Hawkins, “es una era completamente nueva”.
Proporcionado por el Observatorio McDonald de la Universidad de Texas