Ilustración del artista de un exilio galáctico. Crédito de imagen: CfA. Click para agrandar.
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¿Qué es un podcast?
Fraser Cain: ¿Puedes contarme sobre las estrellas que observaste y cómo han sido expulsadas de nuestra galaxia?
Dr. Warren Brown: Lo que descubrimos son dos estrellas en las regiones lejanas de la Vía Láctea que viajan a velocidades que nadie ha visto realmente en nuestra galaxia, al menos estrellas fuera del centro galáctico. Excepto que estas estrellas están a cientos de miles de años luz de distancia del centro galáctico. Y, sin embargo, la única explicación plausible de su velocidad es que fueron expulsados por el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia.
Fraser: ¿Entonces se desviaron demasiado cerca del agujero negro supermasivo y fueron expulsados?
Brown: Sí, así que aquí está la foto. Este escenario requiere tres cuerpos, y los astrónomos dicen que la forma más probable de que ocurra es si tienes un par de estrellas. Como sabrás, algo así como la mitad de las estrellas en el cielo son en realidad sistemas que contienen un par, o, a veces, más estrellas. Entonces, si tienes un par de estrellas fuertemente unidas que, por alguna razón, viajan demasiado cerca del agujero negro supermasivo, en algún momento la gravedad del agujero negro excederá la energía de unión entre el par de estrellas y arrancará una de esas estrellas . Capturará una estrella, pero la otra estrella deja el sistema con la energía orbital del par. Y así es como obtienes este impulso adicional de velocidad. Es que el agujero negro supermasivo es básicamente capaz de desatar una estrella, capturarla y dejar a la otra con toda la cantidad de energía que solía tener la pareja. Y esa estrella luego es expulsada de la galaxia.
Fraser: Entonces, si una estrella regular y única se acercara demasiado, no tendría la energía para ser expulsada. Creo que he visto algunas simulaciones donde la estrella se acerca demasiado al agujero negro y cambia la dirección de su órbita, pero aún continúa orbitando.
Brown: Claro, podrías imaginar que es como una nave espacial que recibe una honda alrededor de Júpiter o algo así. Puedes imaginar que podrías estar cambiando la trayectoria y ganando algo de velocidad. Pero no hay ningún mecanismo en la galaxia para ganar tanta velocidad para algo que es la masa de una estrella de masa solar 3-4. Eso requiere una interacción de tres cuerpos para crear la velocidad que vemos. Y lo que observamos es su movimiento con respecto a nosotros. Se están alejando de nosotros a una velocidad de aproximadamente 1-1.5 millones de millas por hora.
Fraser: ¿Qué tan rápido habrían estado yendo las estrellas cuando entraron para encontrarse con su ruptura?
Brown: No estoy seguro. Probablemente algo 10 veces eso, justo antes de ese momento cuando están pasando el agujero negro. Por supuesto, a medida que abandonas bien ese potencial gravitacional del agujero negro, se ralentizan bastante repentinamente. Su velocidad de escape final es la que observamos ahora; es del orden de un millón de millas por hora. Y eso es más del doble de la velocidad que necesitas para escapar de nuestra galaxia por completo. Estas estrellas realmente son exiliados. Están siendo marginados de la galaxia y nunca volverán.
Fraser: Y una estrella es expulsada. ¿Qué le pasa a la otra estrella?
Brown: Esa es una pregunta interesante. De hecho, hay un documento de teoría que algunos teóricos han escrito que sugiere que estas estrellas en órbitas elípticas muy largas alrededor del agujero negro masivo central podrían ser los antiguos compañeros de estas llamadas estrellas de hipervelocidad que hemos descubierto. Y ese es el tipo de órbita que esperarías. A menos que la estrella sea tan desafortunada como para caer directamente en el agujero negro, si falla un poco, simplemente girará y luego estará en una órbita elíptica muy larga alrededor del agujero negro masivo central.
Fraser: ¿Y dónde se originó la pareja? ¿Es este un destino que podría afectar a algunas estrellas binarias cercanas?
Brown: Bueno, eso en realidad llega al panorama general. El centro galáctico es un lugar interesante. Tiene muchas estrellas jóvenes. Tres de los cúmulos estelares masivos más jóvenes descubiertos en la galaxia provienen de cerca del centro galáctico. Y contienen algunas de las estrellas más masivas de la galaxia. Así que hay muchas estrellas jóvenes orbitando por ahí abajo. La pregunta es, ¿cómo se consigue que una estrella ajuste su órbita para que se dispare directamente hacia el agujero negro supermasivo, en lugar de simplemente orbitar a su alrededor, como la Tierra orbitando al Sol? Y esa es una pregunta abierta. Y una cosa que estas estrellas de hipervelocidad que hemos descubierto están empezando a darnos pistas sobre cómo funciona ese mecanismo. Porque, por ejemplo, una idea es que con estos cúmulos estelares hemos observado. Quizás por fricción dinámica, al encontrarse con otras estrellas, pueden hundirse lentamente hacia el centro galáctico donde está el agujero negro. Y si eso sucediera, podrías imaginar que de repente había un montón de estrellas justo al lado de ese enorme agujero negro. Podría obtener una explosión de estas estrellas de hipervelocidad. Hay todo tipo de estrellas para expulsar. Y, sin embargo, todas las estrellas que observamos tienen diferentes tiempos de viaje desde el centro galáctico. Esto es solo sugerente, pero ya estamos comenzando a poder decir algo sobre la historia de las estrellas que interactúan con el agujero negro supermasivo. Y lo que parece hasta ahora, es que no hay evidencia de que los cúmulos estelares caigan en el centro galáctico.
Fraser: Podría haber algún tipo de cinta transportadora en la que nacen las estrellas y luego se hunden lentamente y luego son expulsadas cuando se acercan demasiado.
Brown: Sí, esa es una idea. Para que esa cinta transportadora funcione, necesita algún tipo de lugar masivo como un cúmulo estelar para que funcione esa cinta transportadora. Para poder hundir algo hacia el enorme agujero negro. A medida que un objeto masivo encuentra muchos objetos masivos, resulta que los objetos menos masivos tenderán a emitir un poco más de energía. Como el objeto masivo, en este caso un cúmulo estelar, pierde energía, su órbita decae y se acerca al centro galáctico.
Fraser: con la poca cantidad de estrellas que has encontrado y la gran cantidad de estrellas en la galaxia, debe haber sido un trabajo bastante difícil rastrear a estos tipos. ¿Cuál fue el método que usaste?
Brown: Sí, ese es uno de los resultados más emocionantes de esta época. El primer descubrimiento, hace un año, después de la primera estrella de hipervelocidad, fue algo así como un descubrimiento fortuito. Y esta vez los estábamos buscando activamente. Y el truco era que estas cosas deberían ser muy raras. Los teóricos estiman que hay quizás mil de estas estrellas en toda la galaxia. Y la galaxia contiene más de 100 mil millones de estrellas. Así que tuvimos que buscar de una manera que nos diera una buena oportunidad de encontrar más. Y nuestra estrategia fue doble. Una es que las afueras de la Vía Láctea contienen principalmente estrellas enanas viejas. Estrellas como el Sol, o menos estrellas rojas. No hay estrellas masivas jóvenes y azules, y ese es el tipo de estrella que decidimos buscar; estrellas que son jóvenes y luminosas para que podamos verlas muy lejos, pero donde no debería haber estas estrellas en las afueras de la galaxia. Y la otra parte de la estrategia era buscar estrellas débiles. Cuanto más lejos vayas, menos estrellas de galaxias de fondo tendrás que enfrentar. Y lo más probable es que te encuentres con estas estrellas de hipervelocidad, a diferencia de otra estrella que solo está orbitando la galaxia.
Fraser: ¿Y cuál es el método que usas para saber qué tan rápido se mueve la estrella?
Brown: Para eso tuvimos que tomar un espectro de la estrella. Usando el telescopio de 6.5 MMT en Arizona, apuntamos la estrella a una de nuestras estrellas candidatas y tomamos la luz de esa estrella y la colocamos en un espectro de arco iris y tomamos una fotografía de ese espectro. Y los elementos en la atmósfera estelar sirven como huella digital. Puede ver líneas de absorción debido al hidrógeno y helio y otros elementos. Y estaba usando los movimientos, los cambios Doppler, en este caso los cambios rojos, de esas longitudes de onda nos dijeron qué tan rápido las estrellas se alejaban de nosotros. Y la mayoría de las estrellas en nuestra muestra eran estrellas de galaxias normales; se movían a velocidades bastante lentas, y luego dos de ellos viajaban bastante rápido, y esos son los dos que anunciamos hace un momento.
Fraser: ¿Y qué crees que esto nos dice sobre la formación de estrellas, o el centro de la galaxia, o ...
Brown: Bueno, esta es una parte interesante de la historia esta vez. Ahora que tenemos una muestra de estos, estos son realmente una nueva clase de objetos, estas estrellas de hipervelocidad, podemos comenzar a decir algo sobre su origen, que es el centro galáctico. Estas estrellas son especialmente adecuadas para contarnos la historia de lo que ha estado sucediendo en el centro galáctico. Sus tiempos de viaje nos dicen algo sobre la historia, lo que ha estado sucediendo, pero también sobre el tipo de estrellas que estamos viendo. En este caso, estas jóvenes estrellas azules, estas 3-4 estrellas de masa solar, que los astrónomos las llaman estrellas de tipo B. El hecho de que hayamos visto dos en nuestra región de prospección, que hemos llevado a cabo en aproximadamente el 5% del cielo, es consistente con la distribución promedio de las estrellas que verías en la galaxia. Pero inconsistente con lo que muchos de estos cúmulos de estrellas ves en el centro galáctico. Entonces, el hecho del tipo de estrellas que estás viendo está empezando a contarnos sobre la población de lo que ha sido disparado fuera de la galaxia. En este caso, no parece que se trate de estos cúmulos de estrellas supermasivos, sino de su estrella promedio que está vagando por la galaxia.
Fraser: Y si tuviera algún tipo de súper telescopio Hubble a su disposición, ¿qué le gustaría buscar?
Brown: Oh, nos gustaría buscar el movimiento de estas estrellas en el cielo. Entonces, todos sabemos si su velocidad mínima. Lo único que podemos medir es su velocidad en la línea de visión con respecto a nosotros. Lo que no sabemos es que hay velocidad en el plano del cielo, el llamado movimiento apropiado. Es posible hacer eso con el Hubble, si tiene líneas de base de 3 a 5 años para ver cómo se mueven estas estrellas. Debe ser un movimiento muy pequeño. Si tuvieras un súper Hubble, tal vez podrías verlo en un año. Eso sería muy interesante saberlo. Eso no solo te dirá con certeza que estos realmente provienen del centro galáctico, y no de otro lugar, sino también de sus trayectorias. Si supiera exactamente cómo se están moviendo, cualquier desviación de una línea recta desde el centro galáctico le informa sobre cómo la gravedad de la galaxia ha estado afectando su trayectoria con el tiempo. Y eso también es muy interesante de saber.
Fraser: Correcto, eso ayudaría a trazar la distribución de la materia oscura.
Brown: Exactamente, exactamente. Entonces los astrónomos infieren la presencia de materia oscura. Vemos estrellas en órbita alrededor de la galaxia más rápido de lo que deberían ser solo porque parece haber una masa que no podemos explicar por mantenerlas en sus órbitas. Y esta materia oscura, es difícil entender cómo se distribuye alrededor de la galaxia. Pero estas estrellas ya están en las afueras de la galaxia, y a medida que pasan a través de ella, esta perturbación, esta atracción gravitacional de la materia oscura a medida que estas cosas viajan a través de la galaxia se acumula lentamente a medida que avanzan. Así que en realidad están midiendo la distribución de esta materia oscura, solo en sus órbitas. Entonces, si pudieras medir su movimiento, de una muestra de estrellas, en realidad comienza a darte una idea de cómo se distribuye la materia oscura alrededor de la galaxia.
