Descifrado el árbol genealógico de la Vía Láctea

Astrofísicos ha logrado reconstruir el primer árbol genealógico completo de nuestra galaxia natal mediante el análisis de las propiedades de los cúmulos globulares que orbitan la Vía Láctea con inteligencia artificial.



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 mediante el análisis de las propiedades de los cúmulos globulares que orbitan la Vía Láctea gracias a la inteligencia artificial. El trabajo se publica en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .


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 los cuales se formaron en las galaxias más pequeñas que se fusionaron para formar la galaxia en la que vivimos hoy. Los astrónomos han sospechado durante décadas 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 internacional de investigadores dirigido por el Dr. Diederik Kruijssen en el Centro de Astronomía de la Universidad de Heidelberg (ZAH) y el Dr. Joel Pfeffer en la Universidad John Moores de Liverpool ahora ha logrado inferir la historia de la fusión de la Vía Láctea y reconstruir su árbol genealógico, utilizando solo sus cúmulos globulares.


Árbol de fusión de galaxias de la Vía Láctea 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, pero que 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: 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

Para lograr esto, desarrollaron un conjunto de simulaciones por computadora 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.


En las simulaciones, los investigadores pudieron relacionar las edades, composiciones químicas y movimientos orbitales de los cúmulos globulares con las propiedades de las galaxias progenitoras en las que se formaron, hace más de 10 mil millones de años. Al aplicar estos conocimientos a grupos de cúmulos globulares en la Vía Láctea, no solo pudieron determinar cuántas estrellas contenían estas galaxias progenitoras, sino también cuándo se fusionaron con la Vía Láctea.


“El principal desafío de conectar las propiedades de los cúmulos globulares con la historia de la fusión de su galaxia anfitriona siempre ha sido que el ensamblaje de galaxias es un proceso extremadamente complicado, durante el cual las órbitas de los cúmulos globulares se reorganizan por completo”, explica Kruijssen.


“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 y nos sorprendió la precisión con la 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 la fusión 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. Al aplicar la red neuronal a estos grupos de cúmulos globulares, los investigadores no solo pudieron predecir las masas estelares y los tiempos de fusión de las galaxias progenitoras con alta precisión, sino que 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 importante que jamás haya experimentado la Vía Láctea”, añade Kruijssen. “Antes, se pensaba que una colisión con la galaxia Gaia-Enceladus-Sausage, que tuvo lugar 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".


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 y 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.




 

Más información: J M Diederik Kruijssen et al. the merger history of the Milky Way reconstructed with the E-MOSAICS simulations, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2020), https://doi.org/10.1093/mnras/staa2452

 

Nota original: Royal Astronomical society

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