Esta ilustración muestra la comprensión actual de los astrónomos de la estructura a gran escala de la Vía Láctea. Las estrellas y las regiones de formación estelar se agrupan en gran medida en los brazos espirales. Credits: NASA/JPL-Caltech
La característica recién descubierta ofrece información sobre la estructura a gran escala de nuestra galaxia, que es difícil de estudiar desde la posición de la Tierra dentro de ella.
Los científicos han descubierto una característica de nuestra galaxia, la Vía Láctea, no reconocida previamente: un contingente de estrellas jóvenes y nubes de gas formadoras de estrellas que sobresalen de uno de los brazos espirales de la Vía Láctea como una astilla que sobresale de una tabla de madera. Con una extensión de unos 3.000 años luz, esta es la primera estructura importante identificada con una orientación tan drásticamente diferente a la del brazo.
Los astrónomos tienen una idea aproximada del tamaño y la forma de los brazos de la Vía Láctea, pero aún se desconoce mucho: no pueden ver la estructura completa de nuestra galaxia natal porque la Tierra está dentro de ella. Es como estar parado en medio de Times Square y tratar de dibujar un mapa de la isla de Manhattan. ¿Podrías medir distancias con la suficiente precisión para saber si dos edificios están en la misma manzana o en unas pocas calles de distancia? ¿Y cómo puedes esperar ver todo el camino hasta la punta de la isla con tantas cosas en tu camino?
Se ha descubierto un contingente de estrellas y nubes formadoras de estrellas que sobresalían del Brazo Sagitario de la Vía Láctea. El recuadro muestra el tamaño de la estructura y la distancia al Sol. Cada forma de estrella naranja indica regiones de formación de estrellas que pueden contener desde docenas hasta miles de estrellas. Credits: NASA/JPL-Caltech
Para obtener más información, los autores del nuevo estudio se centraron en una parte cercana de uno de los brazos de la galaxia, llamado el Brazo de Sagitario. Usando el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA antes de su retirada en Enero de 2020, buscaron estrellas recién nacidas, ubicadas en las nubes de gas y polvo (llamadas nebulosas) donde se forman. Spitzer detecta luz infrarroja que puede penetrar esas nubes, mientras que la luz visible (la clase de luz que pueden ver los ojos humanos) está bloqueada.
Se cree que las estrellas y nebulosas jóvenes se alinean estrechamente con la forma de los brazos en los que residen. Para obtener una vista en 3D del segmento del brazo, los científicos utilizaron la última publicación de datos de la misión Gaia de la ESA (Agencia Espacial Europea) para medir con precisión distancias a las estrellas. Los datos combinados revelaron que la estructura larga y delgada asociada con el Brazo de Sagitario está formada por estrellas jóvenes que se mueven casi a la misma velocidad y en la misma dirección a través del espacio.
"Una propiedad clave de los brazos espirales es la fuerza con que se enrollan alrededor de una galaxia", dijo Michael Kuhn, astrofísico de Caltech y autor principal del nuevo artículo. Esta característica se mide por el ángulo de inclinación del brazo. Un círculo tiene un ángulo de inclinación de 0 grados y, a medida que la espiral se abre más, el ángulo de inclinación aumenta. "La mayoría de los modelos de la Vía Láctea sugieren que el brazo de Sagitario forma una espiral que tiene un ángulo de inclinación de aproximadamente 12 grados, pero la estructura que examinamos realmente se destaca en un ángulo de casi 60 grados".
Estructuras similares, a veces llamadas espolones o plumas, se encuentran comúnmente sobresaliendo de los brazos de otras galaxias espirales. Durante décadas, los científicos se han preguntado si los brazos espirales de nuestra Vía Láctea también están salpicados de estas estructuras o si son relativamente lisos.
Midiendo la Vía Láctea
La característica recién descubierta contiene cuatro nebulosas conocidas por su impresionante belleza: la Nebulosa del Águila (que contiene los Pilares de la Creación), la Nebulosa Omega, la Nebulosa Trífida y la Nebulosa Laguna. En la década de 1950, un equipo de astrónomos tomó medidas aproximadas de la distancia a algunas de las estrellas en estas nebulosas y pudo inferir la existencia del Brazo de Sagitario. Su trabajo proporcionó algunas de las primeras pruebas de la estructura espiral de nuestra galaxia.
"Las distancias se encuentran entre las cosas más difíciles de medir en astronomía", dijo el coautor Alberto Krone-Martins, astrofísico y profesor de informática en la Universidad de California, Irvine y miembro del Consorcio de Análisis y Procesamiento de Datos de Gaia (DPAC). "Son solo las mediciones de distancia directas y recientes de Gaia las que hacen que la geometría de esta nueva estructura sea tan evidente".
En el nuevo estudio, los investigadores también se basaron en un catálogo de más de cien mil estrellas recién nacidas descubiertas por Spitzer en un estudio de la galaxia llamado GLIMPSE.
"Cuando reunimos los datos de Gaia y Spitzer y finalmente vemos este mapa tridimensional detallado, podemos ver que hay bastante complejidad en esta región que no había sido evidente antes", dijo Kuhn.
Aquí se muestran (de izquierda a derecha) las nebulosas del Águila, Omega, Trífida y Laguna, fotografiadas por el Telescopio Espacial infrarrojo Spitzer de la NASA. Estas nebulosas son parte de una estructura dentro del Brazo Sagitario de la Vía Láctea que sobresale del brazo en un ángulo dramático. Credits: NASA/JPL-Caltech
Los astrónomos aún no comprenden completamente qué causa la formación de brazos espirales en galaxias como la nuestra. Aunque no podemos ver la estructura completa de la Vía Láctea, la capacidad de medir el movimiento de estrellas individuales es útil para comprender este fenómeno: las estrellas en la estructura recién descubierta probablemente se formaron aproximadamente al mismo tiempo, en la misma área general, y fueron influenciadas de manera única por las fuerzas que actúan dentro de la galaxia, incluida la gravedad y el cizallamiento debido a la rotación de la galaxia.
"En última instancia, este es un recordatorio de que existen muchas incertidumbres sobre la estructura a gran escala de la Vía Láctea, y debemos mirar los detalles si queremos comprender ese panorama más amplio", dijo uno de los coautores del artículo, Robert Benjamin, astrofísico de la Universidad de Wisconsin-Whitewater e investigador principal del estudio GLIMPSE. "Esta estructura es una pequeña parte de la Vía Láctea, pero podría decirnos algo significativo sobre la Galaxia en su conjunto".
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