Detectives en el centro de la Vía Láctea: Hemos encontrado estrellas jóvenes desaparecidas

Desde hace más de una década se sospechaba que en los últimos 10 millones de años tuvo lugar la formación de una gran cantidad de estrellas, con una masa equivalente a casi un millón de soles, en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Sin embargo, las propiedades extremas de esta región impedían detectar estas estrellas. Se consideraban estrellas perdidas. Ha sido necesario un trabajo propio de detectives para encontrar, por primera vez, una gran cantidad de estrellas jóvenes en Sgr B1, la región en nuestro punto de mira en el centro galáctico.

El centro de la galaxia visto desde la Tierra

El centro de la Vía Láctea es el núcleo de galaxia más cercano a la Tierra y el único en el que es posible observar estrellas individuales con gran precisión.

Situado a solo 26 000 años luz, constituye un modelo fundamental para entender cómo funcionan los centros de las galaxias y cómo se relacionan entre sí. Sin embargo, importantes desafíos observacionales complican el estudio de las estrellas que alberga. La gran cantidad de estrellas que contiene provoca que resulte muy difícil distinguir unas de otras. Incluso con grandes telescopios de 8-10 metros de espejo, por ejemplo el ESO-VLT o los telescopios W.M. Keck, únicamente somos capaces de observar las más brillantes, que solo son la punta del iceberg de la toda la población estelar presente.

También es un problema que, desde la Tierra, observamos el núcleo de la galaxia desde dentro de la propia galaxia. La luz que emiten las estrellas atraviesa el disco galáctico hasta llegar a nosotros y se dispersa rápidamente por el polvo y el gas interestelar situado en el plano de la Vía Láctea. Así, la observación de las estrellas queda restringida al rango infrarrojo del espectro, donde la pérdida de luz es menor.

En el infrarrojo las estrellas tienen colores muy parecidos, lo que impide distinguir entre estrellas que tienen un brillo similar, pero son fundamentalmente distintas, como una gigante roja de una masa solar y miles de millones de años de edad y una estrella joven, con tan sólo unos millones de años, pero con diez veces más masa que el Sol.

La mayor factoría de estrellas jóvenes de la galaxia

El centro galáctico está formado por el llamado disco nuclear, el cúmulo estelar nuclear y el agujero negro super masivo Sagitario A*. El volumen de esta región es tan sólo de alrededor del 0.5% del total de la galaxia. Sin embargo, contiene casi el 10% de todo el gas molecular, la materia prima de la que se forman las estrellas.

La tasa de formación de nuevas estrellas en toda la Vía Láctea es del orden de una masa solar por año, pero en su centro es alrededor de 0,1 masas solares por año. Esto significa que, normalizado por volumen, en el centro galáctico se forman diez veces más nuevas estrellas que en todo el resto de la Vía Láctea.

Los cálculos decían que estaban ahí

En el pasado la tasa de formación estelar pudo alcanzar valores mucho más elevados. Gracias a medidas indirectas, sabemos que el centro de la galaxia debe contener varios millones de masas solares de estrellas jóvenes, con edades comprendidas entre 0 y varias decenas de millones de años. Sin embargo, debido a las dificultades observacionales, aún no ha sido posible distinguir estas estrellas jóvenes del resto de estrellas viejas que dominan la región. Solamente se conocen dos cúmulos jóvenes masivos, de alrededor de 10 000 masas solares cada uno.

También se han detectado varias decenas de estrellas jóvenes que no parecen estar asociadas con ningún cúmulo joven. Esto planteaba un importante problema. ¿Dónde están las estrellas jóvenes del centro de la galaxia?

Por qué estaban desaparecidas

Para iniciar el trabajo de detectives, había que lidiar con varios factores conocidos.

Típicamente las estrellas, en particular las muy masivas del centro galáctico, se forman a partir del colapso de nubes de gas molecular. Este colapso origina asociaciones y cúmulos estelares jóvenes que se encuentran orbitando alrededor del centro galáctico en escalas de tiempo de varios millones de años.

A lo largo de su viaje, las estrellas recién nacidas se mueven en un campo gravitatorio que causa efectos de marea (como la Luna en la Tierra). Frecuentemente sufren encuentros cercanos con nubes moleculares densas y muy masivas, con entre diez y cien veces más masa en gas que un cúmulo de estrellas. Este encuentro produce lo que llamamos choques de marea.

Además, las estrellas se encuentran entre sí. Todos estos efectos tienen como resultado que un cúmulo estelar se disuelva rápidamente en el entorno del centro galáctico. Por esta razón no podemos detectar asociaciones o cúmulos de estrellas con edades más allá de unos pocos millones de años simplemente buscando por regiones con una densidad grande de estrellas.

Con todo esto en contra, las estrellas jóvenes se esconden entre los millones de estrellas viejas que existen en el centro galáctico, y "desaparecen". Podemos encontrar algunas de ellas, pero sólo las más brillantes.

A la caza de las estrellas jóvenes

Una región de particular interés en el centro galáctico es Sagitario B1. Caracterizada por una intensa emisión de hidrógeno ionizado, la presencia de seis estrellas jóvenes conocidas y de un remanente de supernova cercano, contiene los ingredientes fundamentales que apuntan hacia la posible presencia de estrellas jóvenes en su interior. Así, nos decidimos a caracterizar la población estelar de esta región en un estudio recientemente publicado en Nature Astronomy.

Nos basamos en cómo varía el número de estrellas detectadas dependiendo de su brillo en la región de Sagitario B1. Comparando esta función de luminosidad con modelos teóricos, fuimos capaces de determinar la presencia de poblaciones estelares con distintas edades en la región.

Nuestro estudio indicó la presencia de una importante cantidad de estrellas jóvenes (con edades inferiores a 60 millones de años) en Sagitario B1, cuya masa estimamos en varios cientos de miles de masas solares.

Para contrastar nuestros resultados, llevamos a cabo un estudio similar en un campo control suficientemente alejado de la región objetivo, pero dentro del centro galáctico. La presencia de estrellas jóvenes en la región control fue aproximadamente seis veces menor que en Sagitario B1. Por lo tanto, podemos decir que Sagitario B1 posee una extraordinaria cantidad de estrellas jóvenes en relación a otras regiones del centro de la galaxia.

Hay más regiones ocultas

La detección de una gran cantidad de estrellas jóvenes en Sagitario B1 nos ayuda a entender el problema de las estrellas perdidas. El efecto de disolución de asociaciones o cúmulos estelares jóvenes es claramente visible en Sagitario B1, donde las estrellas que encontramos se formaron hace varios millones de años y ya han tenido tiempo de dar varias vueltas alrededor del centro de la galaxia.

Así, además de haber encontrado una población importante de estrellas jóvenes que estaban perdidas, nuestro estudio sugiere que hay más regiones ocultas, similares a Sagitario B1, que contienen el resto de estrellas jóvenes que están esperando a ser descubiertas.

Francisco Nogueras Lara recibe fondos de Alexander von Humboldt-Stiftung.

Rainer Schoedel recibe fondos de la Junta de Andalucía y del Ministerio de Ciencia e Innovación.