¿De donde vienen los cúmulos globulares de la Vía Láctea?

• Titulo: El origen de los cúmulos globulares de la Vía Láctea.
• Autores: D. Massari, H.H. Koppelman, and A. Helmi.
• Institución del primer autor: Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen.
• Estado: Sometido a Astronomy and Astrophysics.

En el halo estelar de la Vía Láctea, hasta la fecha, se han observado alrededor de 158 cúmulos globulares  (puedes saber mas sobre estos asombrosos sistemas en este astrobito).  La ubicación, velocidad, edad y metalicidad de estos cúmulos poseen información valiosa sobre el pasado y origen de la Vía Láctea.  En el astrobito de hoy veremos cómo han llegado estos maravillosos ‘fósiles’ a ser parte de la Via Láctea y por lo tanto que nos dicen sobre su formación.

Halo estelar de la galaxia NGC 474. Las estrellas del halo son los remanentes de estrellas de galaxias que han ido fusionándose con NGC 474. Crédito de la imagen: P.-A. Duc (CEA), J.-C. Cuillandre (CFHT) et al. 2013, IAUS, 295, 358

Pero antes recordemos que las galaxias crecen a medida que se fusionan con otras galaxias. Como evidencia de este proceso se observan los halos estelares de las galaxias. Estos halos son formados por estrellas y cúmulos globulares que en algún momento fueron parte de otra galaxia, pero en el momento de fusionarse con la Via Láctea quedaron orbitando el disco de la Vía Láctea y así formando el halo estelar. En la figura 1 vemos el  halo estelar de la galaxia NGC474, en el cual se ven los remanentes que dejaron otras galaxias.

Pero no hay mejor galaxia para estudiar con detalle las propiedades y componentes del halo estelar que la misma Vía Láctea. Y esto es lo que hicieron los autores del articulo de hoy.  Usando propiedades de 151 cúmulos globulares los autores determinaron cual es su origen, es decir de que galaxia fueron alguna vez parte.

Para esto hacen uso de los datos astrométricos del satélite Gaia junto con velocidades radiales de observaciones adicionales para así tener información en 6D de cada uno de estos cúmulos, 3 componentes de la posición y 3 de la velocidad. Adicionalmente, los autores recopilan los datos de las metalicidades, que se mide como la abundancia de Hierro sobre la de Hidrógeno, y edades de las estrellas de cada cúmulo.

Figura 2. Relación Edad Metalicidad de 68 Cúmulos Globulares de la Vía Láctea. La barra de colores muestra la distancia de cada cúmulo al plano de la Vía Láctea. En general los cúmulos mas jóvenes y con mayor oración de metales Fe/H se encuentran mas cerca al plano de la galaxia (mostrados en rojo) lo que sugiere que estos fueron formados en la Vía Láctea.

Lo primero que los autores investigan es qué cúmulos se formaron en la Vía Láctea y cuales han sido traidos por otras galaxias. Para esto estudian la edad de cada cúmulo en función de su metalicidad, lo que se conoce como la relación de edad (Age) metalicidad ([Fe/H]), mostrada en la Figura 2. Esta gráfica nos dice que los cúmulos mas jóvenes tienen metalicidades mas altas. Es decir que los cúmulos que se han formado mas recientemente están compuestos por estrellas que tienen mayor metalicidad ya que se han formado con los metales que han producido generaciones anteriores de estrellas.  Los autores confirman que la mayoría de los cúmulos jóvenes han sido formados en la Vía Láctea, pues estos orbitan mas cerca el disco de la Vía Láctea mostrado con los colores (zmax) y tienen órbitas muy circulares. De los 151 cúmulos, 62 han sido formados en la Via Láctea.

Figura 2, Representación artística de la galaxia enana Sagitario fusionándose con la Vía Láctea. Crédito de la imagen: SDSS3

Los 89 cúmulos restantes fueron traídos por otras galaxias! En el halo de la Vía Láctea se han encontrado remanentes de 2 o 3 galaxias que se fusionaron la Vía láctea al menos hace 7000 millones de años (cuando la Vía Láctea era joven). Estas galaxias las han llamado, Gaia-Enceladus, Sequoia y la progenitor de las corrientes de Marea de Helmi (PCMH). También se encuentra la galaxia enana Sagitario la cual esta en proceso de fusión con la Vía Láctea y cuyos ‘escombros’ se encuentran en todos lados del halo estelar.

Para poder diferenciar el origen de estos cúmulos globulares se necesita saber su Energía y momento angular, que si el sistema esta evolucionando adiabaticamente deberían ser cantidades conservadas. Lo que quiere decir que sin importar en que región del halo y que velocidad tengan dos cúmulos, si estos alguna vez fueron parte de la misma galaxia estos deben estar muy cerca en el espacio de Energía-Momento angular. Ambas cantidades  se pueden calcular con posiciones, velocidades y asumiendo un potencial gravitacional para la Vía Láctea.

La Figura 3 muestra este espacio de Energía-Momento angular. Cada punto representa un cúmulo globular. En la figura los cúmulos están distribuidos en varios grupos que tienen cantidades de Energía y momento angular característicos los cuales se ilustran en colores.  En azul se muestran los cúmulos que fueron formados en la Vía Láctea. En rojo están los 26 cúmulos que fueron parte de Gaia-Enceladus. En Verde se muestran 8 cúmulos de la galaxia enana Sagitario. En anaranjado se muestran 10 cúmulos que posiblemente fueron parte de PCMH. En marrón 7 cúmulos asociados a Sequoia. Y 36 cúmulos mostrados en cian y rosado aún no han sido asociados a ninguna galaxia.

Figura 4. Espacio Energía-Momento angular de 151 Cúmulos de la Vía Láctea. Cada color representa un origen diferente. Azul representa los cúmulos globulares que se formaron el Vía Láctea. Anaranjado los formados en PCMH. Los Rojos son de Enceladus. Los Marrones de Sequoia y los Verdes los de Sagitario.

Estos resultados podrían usarse entre otras cosas para determinar cuál es la masa de estas galaxias antes de que se fusionaran con la Vía Láctea, pues el número de cúmulos globulares de una galaxia es proporcional a su masa. Resultados como estos muestran como misiones como Gaia, están revolucionando nuestro conocimiento sobre la Vía Láctea. En este caso revelando como se ha ido formando nuestra galaxia.