Los astrónomos descubren una «ruptura» en uno de los brazos espirales de la Vía Láctea

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 están agrupadas en gran parte en brazos espirales. Medir la forma, el tamaño y el número de brazos espirales es un desafío porque la Tierra se encuentra dentro de la galaxia. Crédito: NASA / JPL-Caltech

La función 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 identificado una característica nuestra previamente desconocida vía Láctea galaxia: Un contingente de estrellas jóvenes y nubes de gas formadoras de estrellas 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 gran estructura identificada con una orientación tan dramáticamente 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 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 como para saber si dos edificios están en la misma cuadra o con unas pocas calles de distancia? ¿Y cómo puedes esperar ver todo el camino hasta la punta de la isla con tanto en tu camino?

El concepto de este artista ilustra la nueva visión de la Vía Láctea, junto con otros hallazgos presentados en la 212a reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en St. Louis, Missouri. Los dos brazos principales de la galaxia (Scutum-Centaurus y Perseus) se pueden ver unidos a los extremos de una barra central gruesa, mientras que los dos brazos menores ahora degradados (Norma y Sagitario) son menos distintos y están colocados entre los brazos mayores. Las armas principales consisten en las densidades más altas de estrellas jóvenes y viejas; los brazos menores están en su mayoría llenos de gas y focos de actividad de formación de estrellas. El concepto del artista también incluye un nuevo brazo en espiral, llamado «brazo Far-3 kiloparsec», descubierto a través de un estudio radiotelescópico del gas en la Vía Láctea. Este brazo es más corto que los dos brazos principales y se encuentra a lo largo de la barra de la galaxia. Crédito: 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 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 (del tipo que el ojo humano puede ver) está bloqueada.

Se cree que las estrellas jóvenes y las nebulosas 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 los últimos datos publicados por la misión Gaia de la ESA (Agencia Espacial Europea) para medir con precisión las 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.

Se ha encontrado un contingente de estrellas y nubes formadoras de estrellas que sobresalen del brazo de Sagitario de la Vía Láctea. El recuadro muestra el tamaño de la estructura y la distancia al Sol. Crédito: NASA / JPL-Caltech

«Una propiedad clave de los brazos espirales es qué tan apretados se envuelven 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 con un ángulo de inclinación de unos 12 grados, pero la estructura que examinamos realmente se destaca en un ángulo de casi 60 grados».

Es común encontrar estructuras similares, a veces llamadas espolones o plumas, que sobresalen 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 de algunas de las estrellas en estas nebulosas y pudo deducir 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 ciencias de la computación en la Universidad de California, Irvine y miembro del Consorcio de Análisis y Procesamiento de Datos de Gaia (DPAC). . «Son sólo las recientes mediciones directas de la distancia desde Gaia las que hacen que la geometría de esta nueva estructura sea tan evidente».

Aquí se muestran las nebulosas Eagle, Omega, Triffid y Lagoon, tomadas por el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA. Estas nebulosas son parte de una estructura dentro del brazo de Sagitario de la Vía Láctea que sobresale del brazo en un ángulo dramático. Crédito: NASA / JPL-Caltech

En el nuevo estudio, los investigadores también se basaron en un catálogo de más de 100.000 estrellas recién nacidas descubiertas por Spitzer en una investigación de la galaxia llamada Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire (GLIMPSE).

«Cuando reunimos los datos de Gaia y Spitzer y finalmente vemos este mapa tridimensional detallado, podemos ver que hay cierta complejidad en esta región que nunca antes había sido evidente», dijo Kuhn.

Los astrónomos aún no han entendido por completo qué causa la formación de brazos espirales en galaxias como la nuestra. Si bien 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 influenciados 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, esto nos recuerda que hay muchas incertidumbres acerca de la estructura a gran escala de la Vía Láctea, y necesitamos mirar los detalles si queremos entender ese panorama más amplio», dijo uno de los coautores del artículo. , Robert Benjamin, astrofísico de la Universidad de Wisconsin-Whitewater e investigador principal de la encuesta GLIMPSE. «Esta estructura es una pequeña parte de la Vía Láctea, pero podría decirnos algo significativo sobre la Galaxia en su conjunto».

Referencia: «Una estructura de ángulo de paso alto en el brazo de Sagitario» por MA Kuhn1, RA Benjamin, C. Zucker, A. Krone-Martins, RS de Souza, A. Castro-Ginard, EEO Ishida, MS Povich9 y LA Hillenbrand para el Colaboración COIN, 21 de julio de 2021, Astronomía y astrofísica.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202141198