Un descubrimiento de DESI rastrea una estrella de alta velocidad hasta el agujero negro central de la Vía Láctea

Paria galáctico: El descubrimiento de DESI rastrea una estrella de alta velocidad hasta el agujero negro central de la Vía Láctea

En las profundidades del corazón de la Vía Láctea, una danza gravitatoria entre un sistema estelar binario y el agujero negro supermasivo Sagitario A* (Sgr A*) terminó en una expulsión violenta. Millones de años después, los astrónomos han identificado al sobreviviente de este encuentro: un refugiado estelar llamado DESI-312. Utilizando los últimos datos del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), un equipo de investigadores ha confirmado que esta estrella está huyendo del Centro Galáctico a una velocidad asombrosa de casi 700 kilómetros por segundo. Este descubrimiento, detallado en un nuevo estudio dirigido por Manuel Cavieres y un equipo internacional de astrofísicos, proporciona una ventana inusual y sin obstrucciones a la composición química de la región más inaccesible de nuestra galaxia.

El descubrimiento de DESI-312

La identificación de DESI-312 representa un hito significativo en el campo de la "arqueología galáctica". Las estrellas de hipervelocidad (HVS, por sus siglas en inglés) son excepcionalmente raras; a pesar de los miles de millones de estrellas en la Vía Láctea, solo se han identificado unas pocas docenas de candidatas, y menos aún han sido vinculadas de forma definitiva al Centro Galáctico. El descubrimiento fue posible gracias a la primera publicación de datos (DR1) del cartografiado DESI, que proporciona espectroscopía de alta calidad para millones de objetos celestes. Al combinar los datos espectroscópicos de DESI con la astrometría de precisión de la misión Gaia, los investigadores pudieron trazar una trayectoria completa en el espacio de fase de seis dimensiones para la estrella, incluyendo su posición 3D y su velocidad 3D.

El estudio, cuyos autores son Manuel Cavieres, Sergey E. Koposov, Elena Maria Rossi y colegas de la Universidad de Leiden, la Universidad de Edimburgo y la Universidad de Cambridge, destaca la precisión requerida para un hallazgo de este tipo. "Utilizando espectroscopía de DESI y astrometría de Gaia, realizamos una búsqueda en seis dimensiones de HVS e identificamos una candidata convincente... cuya trayectoria ligada puede rastrearse con confianza hasta el Centro Galáctico", señalan los investigadores. A diferencia de muchas otras estrellas de alta velocidad que se mueven aleatoriamente a través del halo, la trayectoria de DESI-312 apunta como una flecha hacia las inmediaciones de Sgr A*, el agujero negro de cuatro millones de masas solares en el núcleo de nuestra galaxia.

El mecanismo de Hills: Una honda cósmica

El mecanismo detrás de tales velocidades extremas se conoce como el mecanismo de Hills, propuesto por el astrónomo Jack Hills en 1988. El proceso ocurre cuando un sistema estelar binario —dos estrellas que orbitan entre sí— se acerca demasiado a un agujero negro supermasivo. Las inmensas fuerzas de marea del agujero negro pueden desgarrar el sistema binario. Una estrella es capturada en una órbita estrecha alrededor del agujero negro, mientras que su compañera es lanzada hacia fuera a velocidades increíbles, que a menudo superan la velocidad de escape de la galaxia.

Para DESI-312, los investigadores calcularon una velocidad de eyección de 698 (+35/−27) km/s. Esta velocidad es consistente con las predicciones del mecanismo de Hills, lo que confirma que la estrella probablemente fue "pateada" por Sgr A*. Aunque algunas estrellas pueden alcanzar altas velocidades mediante explosiones de supernova en sistemas binarios o encuentros dinámicos en cúmulos estelares densos, estas estrellas "fugitivas" rara vez alcanzan las velocidades observadas en DESI-312. Los datos sugieren que solo un encuentro con un agujero negro supermasivo podría proporcionar la energía cinética necesaria para propulsar una estrella de masa solar hacia el halo interno a tal ritmo.

Secretos químicos del núcleo galáctico

Uno de los aspectos más llamativos de DESI-312 es su firma química. El análisis espectroscópico reveló que la estrella posee una "metalicidad supersolar", con una relación hierro-hidrógeno ([Fe/H]) de 0.27 ± 0.09. Esto significa que la estrella es significativamente más rica en elementos pesados que nuestro propio Sol. Esta composición química es una prueba crítica con respecto a su origen. La mayoría de las estrellas que se encuentran en el halo galáctico —los bordes exteriores donde reside actualmente DESI-312— son antiguas y "pobres en metales", habiéndose formado en los inicios de la historia del universo.

Una estrella con alta metalicidad como DESI-312 es una anomalía en el halo, pero encaja perfectamente en el Centro Galáctico. El núcleo de la Vía Láctea es una región de intensa formación estelar y enriquecimiento químico. Al llevar consigo esta huella química, DESI-312 actúa como un "mensajero estelar". Debido a que el Centro Galáctico está fuertemente oscurecido por espesas nubes de gas y polvo, es notoriamente difícil para los astrónomos medir las abundancias químicas de las estrellas situadas allí. DESI-312, al haber escapado de ese manto polvoriento, ofrece una oportunidad inusual para estudiar la composición de la galaxia interna desde el punto de vista mucho más despejado del halo.

Trazando la ruta de escape

En su análisis, Cavieres y su equipo descartaron meticulosamente lugares de origen alternativos para la estrella. Consideraron si DESI-312 podría haber sido expulsada del disco galáctico o de un cúmulo globular. Sin embargo, la energía orbital de la estrella y su perfil químico específico no coincidían con estos escenarios. Las estrellas expulsadas del disco suelen tener velocidades más bajas y diferentes proporciones de elementos, mientras que los cúmulos globulares están compuestos generalmente por poblaciones mucho más antiguas y pobres en metales.

El análisis de la trayectoria muestra que DESI-312 se encuentra actualmente en el "halo interno", lo que significa que todavía está ligada gravitacionalmente a la Vía Láctea, aunque en una órbita muy alargada. Esto la convierte en una estrella de hipervelocidad "ligada". Aunque es posible que no abandone la galaxia por completo, su viaje desde las regiones de sub-parsec alrededor de Sgr A* hasta su ubicación actual a miles de años luz de distancia permite a los científicos sondear el "potencial galáctico": la distribución de masa, incluida la materia oscura, en toda la Vía Láctea. El camino que toma una estrella está dictado por la gravedad de todo lo que pasa, lo que convierte a DESI-312 en una sonda de alta velocidad de la arquitectura invisible de la galaxia.

Una nueva clase de estrella de hipervelocidad

Históricamente, la mayoría de las HVS identificadas han sido estrellas masivas, calientes y azules (estrellas de tipo A y B). Estas estrellas tienen una vida corta, lo que proporciona un "reloj" para su tiempo de viaje, pero dificulta el análisis atmosférico detallado. DESI-312 es diferente. Es una estrella de aproximadamente una masa solar que se encuentra actualmente en la secuencia principal o en la rama temprana de las subgigantes. Como estrella de tipo solar, su atmósfera es más estable y sus líneas espectrales son más fáciles de interpretar, lo que permite un desglose mucho más detallado de sus elementos químicos.

Este descubrimiento destaca el creciente potencial del cartografiado DESI. Si bien la misión Gaia ha revolucionado nuestra comprensión de las posiciones y movimientos estelares, Gaia por sí sola a menudo carece de la profundidad espectroscópica para determinar la química de una estrella o la velocidad radial precisa para los objetos más tenues. DESI llena este vacío, observando millones de estrellas y proporcionando la "tercera dimensión" del movimiento y la "cuarta dimensión" de la historia química. A medida que la Colaboración DESI continúe publicando datos, los astrónomos esperan encontrar más de estos "parias galácticos", cada uno contando una historia diferente de la violenta historia del núcleo de nuestra galaxia.

El futuro de la arqueología galáctica

El descubrimiento de DESI-312 es solo el comienzo de lo que los investigadores esperan sea una edad de oro para la investigación de las HVS. Con la llegada de cartografiados espectroscópicos multiobjeto como DESI, WEAVE y 4MOST, se espera que el censo de estrellas de alta velocidad pase de un puñado de anomalías a una población estadísticamente significativa. Cada nuevo descubrimiento ayuda a delimitar la tasa a la que Sgr A* interrumpe los sistemas binarios, lo que a su vez informa nuestra comprensión de la densidad de estrellas y agujeros negros en el Centro Galáctico.

Además, el estudio de las tasas de eyección de estrellas como DESI-312 proporciona datos cruciales para predecir otros fenómenos, como los Eventos de Disrupción de Marea (TDE), donde una estrella es triturada por un agujero negro, y la emisión de ondas gravitacionales de "inspirales de relación de masa extrema" (EMRI). Como concluyen Sergey E. Koposov y el equipo, estos fugitivos estelares son más que simples curiosidades; son herramientas esenciales para comprender los entornos más extremos de nuestro universo. Por ahora, DESI-312 continúa su solitario viaje a través del halo, un testigo silencioso de un encuentro gravitatorio que ocurrió hace millones de años en el corazón mismo de la Vía Láctea.