La cartografía química revela los brazos espirales de la Vía Láctea

Keith Hawkins, profesor asistente de astronomía en la Universidad de Texas en Austin, ha utilizado cartografía química, también conocida como mapeo químico, para identificar regiones de los brazos espirales de la Vía Láctea que anteriormente no habían sido detectadas. Su investigación, publicada en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Societydemuestra el valor de esta técnica pionera para comprender la forma, la estructura y la 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 identificar la ubicación de los objetos celestes en función de su composición química en lugar de la luz que emiten. Aunque la idea de la cartografía química ha existido por un tiempo, los astrónomos solo recientemente han podido obtener resultados significativos de la técnica. Eso es gracias a los telescopios cada vez más poderosos que se están conectando.

«Al igual que los primeros exploradores, que crearon mapas cada vez mejores de nuestro mundo, ahora estamos creando mapas cada vez mejores de la Vía Láctea», dice Hawkins. «Esos mapas están revelando cosas que creíamos que eran ciertas, pero que aún debemos verificar».

Sabemos desde la década de 1950 que la Vía Láctea es una galaxia espiral. Sin embargo, su forma precisa, estructura e incluso el número de sus brazos ha sido objeto de investigación en curso. Eso se debe a que vivimos dentro de nuestra galaxia natal y no podemos viajar lo suficientemente lejos como para verla desde la perspectiva de un extraño. «Es como estar en una gran ciudad», explica Hawkins. «Puedes mirar los edificios a tu alrededor y puedes ver en qué calle estás, pero es difícil saber cómo se ve toda la ciudad a menos que estés en un avión volando sobre ella».

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 de él. «Pero», dice Hawkins, «quería averiguar cuán precisos son en realidad esos modelos e ilustraciones. Y ver si la cartografía química podría revelar una vista más clara de los brazos espirales de la Vía Láctea».

Mapeo de la Vía Láctea

Una forma tradicional de mapear la Vía Láctea es identificando concentraciones de estrellas jóvenes. A medida que la Vía Láctea gira, el polvo y el gas en sus brazos espirales se comprimen, lo que provoca el nacimiento de nuevas estrellas. Entonces, donde hay abundancia de estrellas jóvenes, se predice que también hay 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 observen 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 poseen 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 existían eran hidrógeno, helio y escasas trazas de algunos metales. En sus núcleos, la primera generación de estrellas fusionó hidrógeno y helio en metales cada vez más complejos (es decir, elementos cada vez más pesados ​​en la tabla periódica), hasta que finalmente murieron o explotaron. Pero del caos surge la vida. Estas explosiones expulsaron metales a su entorno, donde se utilizaron como bloques de construcción para la próxima generación de estrellas.

A medida que se repite el ciclo de nacimiento y destrucción estelar, cada generación subsiguiente 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 una gran cantidad de estrellas jóvenes, deberían tener una metalicidad más alta que las regiones entre ellos.

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 abundancia de objetos ricos en metales se alinearan con brazos en espiral y aquellas con escasez de objetos ricos en metales se alinearan con los espacios entre los brazos.

Cuando comparó su propio mapa con otros de la misma área de la Vía Láctea, los brazos espirales se alinearon entre sí. 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, aparecieron nuevas regiones que anteriormente no habían sido cartografiadas.

«Una gran lección», dice Hawkins, «es que los brazos espirales son más ricos en metales. Esto ilustra el valor de la cartografía química para identificar la estructura y formación de la Vía Láctea. Tiene el potencial de transformar completamente nuestra visión de la Galaxia».

El telescopio espacial Gaia revoluciona 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 del Telescopio Espectroscópico de Fibra de Objetos Múltiples de Gran Área del Cielo (LAMOST) y el telescopio espacial Gaia. Los nuevos datos de Gaia (Lanzamiento de datos 3) fueron particularmente esclarecedores. Esto se debe a que Gaia ofrece el estudio más preciso y completo de la Vía Láctea hasta la fecha, incluida su composición química.

Desde su lanzamiento en 2013, Gaia ha monitoreado alrededor de dos mil millones de objetos. Los astrónomos ahora pueden expandir su investigación de miles de objetos a miles de millones, y para un área mucho más grande de la galaxia.

«El gran volumen de datos disponibles de Gaia nos permite hacer cartografía química a escala galáctica ahora», dice Hawkins. «Los datos sobre las posiciones de miles de millones de estrellas y su composición química no estaban disponibles hasta hace poco».

Hasta ahora, Gaia ha proporcionado datos químicos para el área más grande de la Vía Láctea hasta la fecha. Sin embargo, esto solo representa alrededor del uno por ciento de la Galaxia. A medida que Gaia continúa examinando los cielos y se ponen en funcionamiento 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».