Cómo es el “inframundo galáctico”, el cementerio de las estrellas de la Vía Láctea

Todo lo que existe en el Universo, todo lo que observamos en forma cercana o distante a millones de años luz, está conformado con la misma materia. Y tal como ocurre en otras galaxias, la nuestra, la Vía Láctea, es un enorme cementerio de estrellas que al quemarse, no desaparecen por completo.

Esta semana, científicos de la Universidad de Sidney, en Australia, publicaron el primer mapa del ‘inframundo galáctico’, un vasto cementerio de estrellas quemadas que se extiende tres veces la altura de la Vía Láctea. Los expertos explican que las estrellas masivas de la Vía Láctea que murieron hace miles de millones de años se convirtieron en supernovas y se transformaron en dos tipos de objetos.

Con sus capas exteriores destruidas por la fuerza de la explosión, los núcleos que quedaron entraron en el más allá como estrellas de neutrones extremadamente compactas o colapsaron sobre sí mismos y formaron agujeros negros. Lo que queda de estas antiguas estrellas es conocido por los científicos como el “inframundo galáctico” que ha mantenido la mayoría de sus secretos enterrados en la oscuridad hasta ahora.

Después de rebobinar virtualmente el tiempo para ver cómo y cuándo nacieron, vivieron y murieron estas primeras estrellas, los investigadores finalmente crearon este increíble mapa analizando observaciones de estrellas muertas dispersas en la galaxia, como estrellas de neutrones y agujeros negros, y averiguando cuándo nacieron y cómo evolucionaron. Lo que encontraron en concreto fue una necrópolis en expansión que abarca tres veces la altura actual de la Vía Láctea.

“Estos remanentes compactos de estrellas muertas muestran una distribución y estructura fundamentalmente diferente a la galaxia visible. La ‘altura’ del inframundo galáctico es más de tres veces mayor en la propia Vía Láctea. Y un asombroso 30 por ciento de los objetos han sido expulsados por completo de la galaxia”, explicó David Sweeney, estudiante de doctorado en el Instituto de Astronomía de la Universidad de Sidney y autor principal del artículo “El inframundo galáctico: la distribución espacial de los remanentes compactos”, que se publicó en el último número de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

¿Por qué se tardó tanto en imaginar las catacumbas de la galaxia? La naciente Vía Láctea, en la que vivieron estas primeras estrellas, sigue su expansión, fundamentalmente en sus brazos espirales. Tal territorio desconocido hizo que fuera confuso incluso adivinar dónde buscar agujeros negros ocultos y estrellas de neutrones, a diferencia de los más jóvenes, que se encuentran dispersos en la forma actual de la Vía Láctea.

Creado por el astrónomo Sweeney y sus colegas de la Universidad de Sidney, el nuevo mapa revela no solo dónde podrían estar escondidos los huesos de estas viejas estrellas, sino también que alrededor de un tercio de los remanentes ya han estado o están en su manera de ser expulsado de la galaxia. Las supernovas explotan con cantidades inmensas pero aleatorias de energía que pueden acelerar el polvo y el gas a millones de kilómetros por hora.

Dónde se generarán cantidades mayores o menores de energía es casi impredecible. Al equipo de investigación le resultó especialmente difícil determinar la energía involucrada en cada estallido de una supernova. Si la estrella expulsa gas y polvo en un área donde está liberando más fuerza, volará más lejos que las masas estelares vecinas.

Los expertos descubrieron que estrellas de neutrones enteras podrían haber sido expulsadas de la galaxia. Y que los agujeros negros también pueden viajar por el espacio como agujeros negros rebeldes, por lo que no es imposible que sean arrojados al vacío. “Ahora que sabemos dónde buscar, estamos desarrollando tecnologías para buscar estos objetos. Apuesto a que el ‘inframundo galáctico’ no permanecerá envuelto en misterio por mucho más tiempo”, remarcó Sweeney en un comunicado.

Los agujeros negros y las estrellas de neutrones se forman cuando las estrellas masivas, más de ocho veces más grandes que nuestro Sol, agotan su combustible y colapsan repentinamente. Este colapso desencadena una reacción desbocada que hace estallar las partes exteriores de la estrella en forma de explosión de supernova titánica. Al mismo tiempo, el núcleo sigue comprimiéndose sobre sí mismo hasta que, dependiendo de su masa inicial, se convierte en una estrella de neutrones o en un agujero negro.

En las estrellas de neutrones, el núcleo es tan denso que los electrones y los protones se ven obligados a combinarse a nivel subatómico en neutrones. Esto comprime su masa total en una esfera increíblemente densa más pequeña que una ciudad. Si la masa de la estrella original es mayor que 25 veces la de nuestro Sol, ese colapso impulsado por la gravedad continúa, hasta que el núcleo es tan denso que ni siquiera la luz puede escapar. Y el objeto se convierte en un agujero negro. Ambos tipos de cadáveres estelares deforman el espacio, el tiempo y la materia a su alrededor.

Aunque miles de millones de estos cadáveres exóticos deben haberse formado desde que la galaxia era joven, fueron arrojados a la oscuridad del espacio interestelar por las supernovas que los crearon. Por lo tanto, se han deslizado más allá de la vista y el conocimiento de los astrónomos, hasta ahora.

Al recrear cuidadosamente el ciclo de vida completo de las antiguas estrellas muertas, los investigadores han construido el primer mapa detallado que muestra dónde yacen sus cadáveres.

“Uno de los problemas para encontrar estos objetos antiguos es que, hasta ahora, no teníamos idea de dónde buscar. Las estrellas de neutrones y los agujeros negros más antiguos se crearon cuando la galaxia era más joven y tenía una forma diferente, y luego se sometieron a cambios complejos que abarcaron miles de millones de años. Ha sido una tarea importante modelar todo esto para encontrarlos”, dijo el coautor del artículo, el profesor Peter Tuthill, del Instituto de Astronomía de Sidney.

Las estrellas de neutrones y los agujeros negros recién formados se ajustan a la galaxia actual, por lo que los astrónomos saben dónde buscar. Pero las estrellas de neutrones y los agujeros negros más antiguos son como fantasmas que aún acechan en una casa demolida hace mucho tiempo, por lo que son más difíciles de encontrar.

“Era como tratar de encontrar el mítico cementerio de elefantes. Los huesos de estas raras estrellas masivas tenían que estar ahí fuera, pero parecían envolverse en un misterio”, dijo el profesor Tuthill, refiriéndose a un lugar donde, según la leyenda, los elefantes viejos van a morir solos, lejos de su grupo.

Sweeney agregó: “El problema más difícil que tuve que resolver al buscar su verdadera distribución fue dar cuenta de las ‘patadas’ que reciben en los momentos violentos de su creación. Las explosiones de supernova son asimétricas y los restos se expulsan a gran velocidad, hasta millones de kilómetros por hora, y, lo que es peor, esto sucede en una dirección desconocida y aleatoria para cada objeto”.

Pero nada en el universo se queda quieto por mucho tiempo, por lo que incluso conocer las magnitudes probables de las patadas explosivas no fue suficiente: los investigadores tuvieron que profundizar en las profundidades del tiempo cósmico y reconstruir cómo se comportaron durante miles de millones de años.

“Es un poco como en el billar. Si sabe en qué dirección se golpea la bola y con qué fuerza, entonces puede averiguar dónde terminará. Pero en el espacio, los objetos y las velocidades son mucho más grandes. Además, la mesa no es plana, por lo que los restos estelares siguen órbitas complejas atravesando la galaxia. Finalmente, a diferencia de una mesa de billar, no hay fricción, por lo que nunca disminuyen la velocidad. Casi todos los restos que se formaron todavía están ahí afuera, deslizándose como fantasmas a través del espacio interestelar”, sostuvo Sweeney.

Los intrincados modelos que construyeron, junto con el investigador de la Universidad de Sidney, los doctores en astronomía Sanjib Sharma y Ryosuke Hirai de la Universidad de Monash, codificaron dónde nacieron las estrellas, dónde encontraron su final ardiente y su eventual dispersión a medida que la galaxia evolucionó. El resultado final es un mapa de distribución de la necrópolis estelar de la Vía Láctea. “Fue un poco impactante. Trabajo todos los días con imágenes de la galaxia visible que conocemos hoy, y esperaba que el inframundo galáctico fuera sutilmente diferente, pero similar a grandes rasgos. No esperaba un cambio de forma tan radical”, sostuvo Sharma.

En los mapas generados, los brazos espirales característicos de la Vía Láctea se desvanecen en la versión del ‘inframundo galáctico’. Estos están completamente borrados debido a la edad de la mayoría de los remanentes y los efectos borrosos de los impulsos energéticos de las supernovas que los crearon. Aún más intrigante, la vista lateral muestra que el inframundo galáctico está mucho más “inflado” que la Vía Láctea, como resultado de la energía cinética inyectada por las supernovas que las elevan en un halo alrededor de la Vía Láctea visible.

“Quizás el hallazgo más sorprendente de nuestro estudio es que las patadas son tan fuertes que la Vía Láctea perderá por completo algunos de estos restos. Son patadas tan fuerte que alrededor del 30 por ciento de las estrellas de neutrones son arrojadas al espacio intergaláctico, para nunca regresar”, apuntó Hirai. Y Tuthill agregó: “Para mí, una de las mejores cosas que encontramos en este trabajo es que incluso el vecindario estelar local alrededor de nuestro Sol probablemente tenga estos visitantes fantasmales de paso. Estadísticamente, nuestro remanente más cercano debería estar a solo 65 años luz de distancia: más o menos en nuestro patio trasero, en términos galácticos”.

Seguir leyendo: