De qué forma Rubin revelará los secretos de la historia de la Vía Láctea

¿Sabías que… el LSST utilizará las estrellas RR Lyrae como indicadores para medir las distancias en la galaxia? Las estrellas RR Lyrae son un tipo de estrella variable, lo que significa que fluctúan en brillo, a menudo con un período de variabilidad distinto. Son estrellas evolucionadas, es decir, que una vez fueron como el Sol, pero han envejecido hasta convertirse en una gigante roja, y luego presentan pulsaciones que las hacen expulsar parte de su masa. Son estas pulsaciones las que impulsan su variabilidad, pero como su luminosidad absoluta está vinculada a su periodo de pulsación, podemos calcular su luminosidad intrínseca y luego calcular su distancia basándonos en qué tan brillantes o tenues se ven en el cielo. Los astrónomos llaman a estos objetos “candelas estándar”.

Si bien el Observatorio Vera C. Rubin observará miles de millones de galaxias lejanas, hay una galaxia muy cercana a nosotros de la que los astrónomos están desesperados por saber más: nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

Quizá te sorprenda que no sepamos tanto sobre nuestra galaxia como nos gustaría, pero al estar dentro de ella, en un Sistema Solar que orbita en el centro de la galaxia a una distancia de unos 27.000 años luz, no tenemos una visión global de nuestra propia galaxia. Además, enormes zonas de la galaxia están ocultas para nosotros, tras las nubes de polvo que oscurecen el disco espiral de la Vía Láctea.

Los astrónomos quieren saber más sobre nuestra galaxia para entender su historia: ¿Cómo se formó la Vía Láctea y cómo ha evolucionado desde entonces? Sabemos que nuestra galaxia tiene brazos espirales, pero ¿qué tan antiguos son? A menor escala, también nos preguntamos si existen estructuras dentro de los brazos espirales que puedan revelarnos más sobre la historia de la galaxia. ¿Dónde se encuentra la mayor parte de la masa de la galaxia, tanto visible como oscura? Existe una ventaja añadida si llegamos a entender mejor nuestra galaxia: como suponemos que la Vía Láctea es una galaxia espiral típica, los astrónomos deberían poder aplicar lo que aprenderán sobre ella a través de Rubin, y así, entender mejor otras galaxias.

Hasta el momento, nuestro mejor mapa de la Vía Láctea.

Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech).

Cuando el Observatorio Rubin comience sus operaciones científicas a mediados de esta década, su Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la Posteridad (LSST) será el estudio más completo del Universo jamás realizado. Este estudio examinará los objetos del espacio, tanto los cercanos como los lejanos. Lo que Rubin/LSST observe en la Vía Láctea transformará lo que sabemos sobre nuestra galaxia, y tiene “...el potencial de generar una revolución en nuestra comprensión de la formación de las galaxias en general”, según los científicos del LSST en el The LSST Science Book.

Por primera vez, LSST abrirá una ventana a la historia dinámica de nuestra galaxia. Los resultados deberían darnos una imagen completa de cuándo se produjeron las fusiones, cuándo se formaron diferentes grupos de estrellas y cuándo nuestra galaxia obtuvo su particular estructura.

Esto se logrará mapeando aproximadamente 10.000 millones de estrellas en nuestra galaxia, lo que supone dos órdenes de magnitud más que el número de estrellas mapeadas por el Sloan Digital Sky Survey, y abarca una distancia de hasta 326.000 años luz, que llega hasta el halo de nuestra galaxia. Y el LSST no se limitará a mapear su distancia, porque mediante las seis bandas de longitud de onda en las que la cámara del LSST toma imágenes —desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano y todo el espectro visible—, va a medir con extrema precisión las posiciones de las estrellas en el cielo, su distancia, su movimiento a través de la galaxia (y lo conseguirá para estrellas de cuatro magnitudes más tenues que las que puede ver la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea) y su composición química.

En nuestra galaxia existen entre 100.000 y 200.000 millones de estrellas, y el Observatorio Rubin observará 10.000 millones de ellas. Esta imagen, tomada por DECam en el Telescopio de 4 metros Víctor M. Blanco, muestra las estrellas hacia el centro de nuestra galaxia.

Credit: CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA.

Se espera que todo esto nos ayude a conocer la historia de nuestra galaxia. Muchos astrónomos creen que las galaxias crecen mediante colisiones con otras galaxias. Lo llaman crecimiento jerárquico, y sucede cuando las galaxias más pequeñas se fusionan para formar galaxias más grandes. Estas fusiones han continuado a lo largo de la historia de la Vía Láctea, aumentando gradualmente su tamaño y masa. Pero estas fusiones deben haber dejado rastros en la estructura de la Vía Láctea, como por ejemplo, la existencia de galaxias con diferentes metalicidades. Por otro lado, actualmente podemos observar los restos de estas galaxias “devoradas” como corrientes de estrellas que se mueven con movimientos comunes. Estas corrientes también poseen metalicidades comunes que las distinguen de las estrellas nativas que rodean la Vía Láctea.

Varios estudios recientes han intentado descubrir en qué época la Vía Láctea se fusionó con otras galaxias. Estos estudios han llegado a crear una línea de tiempo tentativa de las fusiones, pero no tan precisa como se desearía, porque existen lagunas e incertidumbres en la cantidad de datos que tenemos sobre las estrellas de la Vía Láctea. El LSST se encargará de rellenar la información faltante que ayudará a consolidar esta línea de tiempo.

Las galaxias crecen colisionando y fusionándose con otras galaxias. ¿Cuál es el historial de fusiones de la Vía Láctea?

Credit: Observatorio Gemini/NOIRLab/NSF/AURA.

Al hacerlo, también podría resolver un misterio de la formación de las galaxias. El disco espiral de la Vía Láctea se divide en dos partes: el disco grueso, que es un disco profundo de estrellas más antiguas que asciende unos 1.000 años luz por encima y por debajo del plano de la galaxia. Luego está el disco delgado, que se eleva sólo 400 años luz por encima del plano de la galaxia; aquí ocurre toda la formación estelar de la galaxia, y es donde se encuentra el Sistema Solar. El disco delgado también es más joven que el disco grueso, y se estima que tiene entre 6.000 y 8.000 millones de años. Sin embargo, los astrónomos no entienden cómo o por qué el disco delgado no se ha visto alterado, si la galaxia se ha ido fusionando con galaxias más pequeñas a lo largo de su historia. Los astrónomos esperan que los datos que recopilará el LSST proporcionen algunas pistas que expliquen por qué las fusiones no han logrado romper el disco delgado, lo que a su vez ofrecerá indicios sobre las condiciones que han dado lugar a estrellas más jóvenes de la galaxia, incluyendo nuestro propio Sol. En última instancia, este trabajo permitirá a los astrónomos rastrear la evolución de varias poblaciones de estrellas en la galaxia, en el disco espiral, en el bulbo central y en el halo.

Cuando el Observatorio Rubin comience sus operaciones científicas a mediados de esta década, su Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la Posteridad (LSST) será el estudio más completo del Universo jamás realizado.

Esto será posible gracias a la combinación única de las capacidades que posee Rubin. Entre ellas se encuentran las seis bandas de longitud de onda en las que tomará imágenes, incluyendo la llamada “banda U”, relacionada a la luz ultravioleta centrada en una longitud de onda de 375 nm y que permitirá a los astrónomos medir las metalicidades de las estrellas más calientes y brillantes, en particular las estrellas similares al Sol que se acercan al final de su vida. También observará en la “banda Y” del infrarrojo cercano, centrada en 1.020 nm, lo que permitirá a Rubin observar estrellas cuya luz se ha enrojecido por el polvo presente en la galaxia. El ultravioleta y el infrarrojo son dos partes del espectro electromagnético que no siempre son fáciles de observar desde la superficie de la Tierra, ya que son absorbidos, sobre todo, por el ozono y el vapor de agua presente en la atmósfera. La gran altitud de Rubin (2.662 metros) en la cima de Cerro Pachón, cerca del árido Desierto de Atacama, en Chile, sin duda facilita la observación en estas longitudes de onda.

Cuando nuestra galaxia se devora a otras galaxias, la gravedad de nuestra galaxia saca estrellas de las otras galaxias, formando corrientes de estrellas envueltas alrededor y a lo largo de la Vía Láctea.

Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech).

Por primera vez, LSST abrirá una ventana a la historia dinámica de nuestra galaxia. Los resultados deberían darnos una imagen completa de cuándo se produjeron las fusiones, cuándo se formaron diferentes grupos de estrellas y cuándo nuestra galaxia obtuvo su particular estructura. Incluso podría decirnos dónde y cómo se formó el Sol, e identificar algunos de sus hermanos que se formaron junto a nuestra galaxia. En cierto modo, se trata de conocer un poco mejor a nuestra familia celeste, antes de conocer a nuestros vecinos.