'Pruebas de paternidad estelar' emparejan estrellas huérfanas con sus orígenes en la Vía Láctea

10 de enero de 2024

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

• verificación de hechos
• fuente confiable
• corrección de pruebas

por Amy White, Lehigh University

En el entorno caótico de los cúmulos de estrellas abiertos, las fuertes interacciones gravitacionales entre los cuerpos pueden lanzar estrellas individuales muy lejos del cúmulo, incluso fuera de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Ahora, por primera vez, los investigadores han mapeado varias de esas estrellas, que se encuentran fuera del disco de la galaxia, hasta los cúmulos de donde provienen utilizando nuevos datos de la Misión Gaia de la Agencia Espacial Europea.

Investigadores de la Universidad de Lehigh presentaron los hallazgos, 'Pruebas de paternidad estelar: emparejando estrellas B de alta latitud con los cúmulos abiertos de su nacimiento', hoy en una conferencia de prensa en la 243ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS) en Nueva Orleans.

'A través de rastrearlos en el tiempo para ver de dónde provienen, podemos emparejar 15 de ellos con los cúmulos estelares donde nacieron', dijo M. Virginia (Ginny) McSwain, profesora asociada de física en la Universidad de Lehigh. 'Si podemos decir con gran confianza de dónde vinieron algunas de estas estrellas, sabremos más sobre la historia de los cúmulos estelares en la Vía Láctea'.

La mayoría de las estrellas fuera del delgado disco de la Vía Láctea, que incluye los brazos espirales con un diámetro más grueso en el centro, tienen más de ocho mil millones de años, formándose al principio de la historia de la galaxia. Dadas sus edades muy antiguas, no es sorprendente que hayan viajado lejos de sus lugares de nacimiento.

Dado que casi toda la formación estelar de nuestra galaxia ocurre en el delgado disco, las estrellas calientes de tipo B rara vez se encuentran fuera de esta región. Sin embargo, se encuentra un pequeño número de estas estrellas jóvenes, estimadas en entre 10 y 100 millones de años, a altitudes elevadas por encima y por debajo del disco, probablemente expulsadas de los cúmulos donde nacieron en los últimos millones de años.

'Las estrellas calientes rara vez se aventuran fuera del disco, por lo que cuando lo hacen, se notan fuera de lugar', dijo Brandon Schweers, estudiante de pregrado de la Universidad de Lehigh, quien realizó investigaciones clave en el proyecto. 'Los cúmulos 'padres' probablemente expulsaron la mayoría de estas estrellas de tipo B cuando las interacciones gravitacionales entre tres o cuatro cuerpos las arrojaron lejos de la Vía Láctea'.

Una estrella estudiada fue expulsada con una velocidad particularmente alta, por lo que puede haber sido expulsada durante una supernova en un sistema binario estrecho, dijo Schweers, un estudiante de último año que estudia astrofísica. Incluso las estrellas pueden ser expulsadas solo para regresar y ser lanzadas nuevamente.

Si bien estas estrellas 'huérfanas' se conocen desde hace dos décadas, ninguna había sido mapeada a su lugar de origen antes, ya que no había datos de calidad disponibles para rastrearlas hasta sus comienzos. Sin embargo, con los datos de la Misión Gaia, los investigadores pudieron descifrar los movimientos de las estrellas con una precisión mayor que la disponible anteriormente.

Uso de trayectorias para rastrear hacia atrás en el tiempo

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 medidas posicionales sin precedentes para las estrellas y medidas de velocidad radial para los 150 millones de objetos más brillantes.

Según los datos de Gaia publicados en 2022, los investigadores de Lehigh rastrearon las trayectorias cinemáticas de 95 estrellas B de alta latitud y alrededor de 1,400 cúmulos abiertos galácticos conocidos para identificar momentos en el pasado en los que pudieron haberse intersectado y podría haber ocurrido una expulsión.

'Usando sus posiciones 3D y sus 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 de análisis de dinámica galáctica de código abierto Python galpy para 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 (H-R), un diagrama de magnitud de color, para cada cúmulo abierto. Un cúmulo abierto generalmente tiene miles de estrellas de la misma edad y composición, a la misma distancia.

'La forma del diagrama H-R depende principalmente de la edad del cúmulo, por lo que podemos saber si la estrella expulsada tiene una edad similar a la de sus posibles hermanos del cúmulo', dijo McSwain. La aplicación de la prueba H-R redujo aún más la lista de posibles coincidencias.

Finalmente, analizaron las densidades nucleares de cada cúmulo que era una posible coincidencia. Los cúmulos con mayor densidad tienen más interacciones gravitacionales entre sus miembros, lo que les proporciona el mayor potencial para expulsar estrellas.

Combining these tools, the researchers confirmed positive paternity matches for 15 orphaned stars. That galactic genealogical tracing was what gave Schweers the idea for the presentation's title.

'When I reached the stage of comparing the color and brightness for the potential matches and discarding those that showed a poor correlation in the H-R diagrams, I felt as though I was comparing the 'DNA' of the orphaned stars and their potential siblings,' Schweers said, reminding him of 'The Maury Povich Show.'

'I think everyone has heard the saying, 'You are not the father' that came from that show. For many of these clusters, I was essentially telling them they are not the parent of these orphaned stars, so I came up with the name 'Stellar Paternity Tests,'' he said.

Based on their trajectory calculations, the researchers estimate the ejections took place about 5 to 30 million years ago, 'flinging abandoned stars across the Milky Way at speeds of 30-220 kilometers/second (67,000-490,000 miles/hour) to their present locations,' they wrote. 'Our results provide a measure of the ejection age for each orphaned star, providing new insight into the relative importance of dynamical vs. supernovae ejection in young open clusters.'

While they were able to match a number of the far-flung stars, some couldn't be traced back to the Milky Way's disk very plausibly, which may provide evidence for other unusual scenarios, they added. These might include rare star formation in molecular clouds high outside the disk, or they could be relics of past dwarf galaxies that merged with the Milky Way in the past.

Undergraduate astrophysics student Christopher J. Aviles Bramer, who graduated in 2022, contributed to the research project.

Provided by Lehigh University