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Ola masiva de viveros estelares revelada por un nuevo mapa de la Vía Láctea – “No se esperaba ningún astrónomo”


Visualización de la Radcliffe Wave: una estructura gaseosa masiva en forma de onda compuesta por viveros estelares, que forma una de las estructuras coherentes más grandes jamás observadas en nuestra galaxia. Esta imagen, tomada del World Wide Telescope, representa los datos del estudio superpuestos a la ilustración de un artista de la Vía Láctea y nuestro sol. Crédito: Alyssa Goodman / Universidad de Harvard

Los viveros estelares interconectados forman la estructura gaseosa más grande jamás observada en la Vía Láctea.

Los astrónomos de la Universidad de Harvard han descubierto una estructura gaseosa monolítica en forma de onda, la más grande jamás vista en nuestra galaxia, formada por viveros estelares interconectados. Apodado “Radcliffe Wave” en honor a la base de operaciones de la colaboración, el Radcliffe Institute for Advanced Study, el descubrimiento transforma una visión de 150 años de viveros estelares cercanos como un anillo en expansión en uno con un filamento ondulante formador de estrellas que alcanza billones de millas por encima y por debajo del disco galáctico.

“Ningún astrónomo esperaba que viviéramos junto a una colección gigante de gas en forma de onda, o que formara el brazo local de la Vía láctea. ” – Alyssa Goodman

El trabajo, publicado en Nature el 7 de enero de 2020, fue posible gracias a un nuevo análisis de datos de la nave espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea, lanzada en 2013 con la misión de medir con precisión la posición, la distancia y el movimiento de las estrellas. El enfoque innovador del equipo de investigación combinó los datos súper precisos de Gaia con otras mediciones para construir un mapa detallado en 3D de la materia interestelar en la Vía Láctea, y notó un patrón inesperado en el brazo espiral más cercano a la Tierra.

Los investigadores descubrieron una estructura larga y delgada, de unos 9.000 años luz de largo y 400 años luz de ancho, con forma de onda, con una cresta de 500 años luz por encima y por debajo del plano medio del disco de nuestra galaxia. La Ola incluye muchos de los viveros estelares que se pensaba que formaban parte del “Cinturón de Gould”, una banda de regiones de formación de estrellas que se cree están orientadas en un anillo alrededor del sol.

“Ningún astrónomo esperaba que viviéramos junto a una colección de gas gigante, en forma de onda, o que formara el brazo local de la Vía Láctea”, dijo Alyssa Goodman, profesora de Astronomía Aplicada Robert Wheeler Willson e investigadora asociada del Smithsonian. Institución y codirector del Programa de Ciencias del Radcliffe Institute for Advanced Study. “Quedamos completamente conmocionados cuando nos dimos cuenta por primera vez de lo larga y recta que es la Radcliffe Wave, mirándola desde arriba en 3D, pero lo sinusoidal que es cuando se ve desde la Tierra. La mera existencia de la Ola nos obliga a repensar nuestra comprensión de la estructura 3D de la Vía Láctea “.

Alyssa Goodman y Catherine Zucker

“Ningún astrónomo esperaba que viviéramos junto a una colección de gas gigante, en forma de onda, o que formara el brazo local de la Vía Láctea”, dijo la profesora de Harvard Alyssa Goodman (izquierda), junto a la estudiante graduada Catherine Zucker, una clave miembro del equipo. Crédito: Kris Snibbe / Fotógrafo del personal de Harvard

“Gould y Herschel observaron la formación de estrellas brillantes en un arco proyectado en el cielo, por lo que durante mucho tiempo la gente ha estado tratando de averiguar si estas nubes moleculares realmente forman un anillo en 3D”, dijo João Alves, profesor de física. y astronomía en la Universidad de Viena y Radcliffe Fellow 2018-2019. “En cambio, lo que hemos observado es la estructura de gas coherente más grande que conocemos en la galaxia, organizada no en un anillo sino en un filamento ondulante masivo. El sol se encuentra a solo 500 años luz de la Ola en su punto más cercano. Ha estado frente a nuestros ojos todo el tiempo, pero no pudimos verlo hasta ahora “.

El nuevo mapa en 3D muestra nuestro vecindario galáctico bajo una nueva luz, brindando a los investigadores una vista revisada de la Vía Láctea y abriendo la puerta a otros descubrimientos importantes.

“No sabemos qué causa esta forma, pero podría ser como una onda en un estanque, como si algo extraordinariamente masivo aterrizara en nuestra galaxia”, dijo Alves. “Lo que sí sabemos es que nuestro sol interactúa con esta estructura. Pasó por un festival de supernovas cuando cruzó Orión hace 13 millones de años, y en otros 13 millones de años volverá a cruzar la estructura, como si estuviéramos ‘surfeando la ola’ ”.

Una visión privilegiada de la galaxia

Desenredar estructuras en el vecindario galáctico “polvoriento” en el que nos sentamos es un desafío de larga data en astronomía. En estudios anteriores, el grupo de investigación de Douglas Finkbeiner, profesor de astronomía y física en Harvard, fue pionero en técnicas estadísticas avanzadas para mapear la distribución en 3D del polvo utilizando amplios estudios de los colores de las estrellas. Armados con nuevos datos de Gaia, los estudiantes graduados de Harvard Catherine Zucker y Joshua Speagle aumentaron recientemente estas técnicas, mejorando dramáticamente la capacidad de los astrónomos para medir distancias a regiones de formación de estrellas. Ese trabajo, dirigido por Zucker, se publica en el Astrophysical Journal.

“Sospechamos que podría haber estructuras más grandes que simplemente no podríamos poner en contexto. Entonces, para crear un mapa preciso de nuestro vecindario solar, combinamos observaciones de telescopios espaciales como Gaia con astrosestadísticas, visualización de datos y simulaciones numéricas ”, explicó Zucker, un becario graduado de la National Science Foundation y Ph.D. candidato en el Departamento de Astronomía de la Escuela de Graduados de Artes y Ciencias de Harvard.

Zucker jugó un papel clave en la compilación del catálogo más grande de distancias precisas a los viveros estelares locales, la base del mapa 3D utilizado en el estudio. Ella se ha fijado el objetivo de pintar una nueva imagen de la Vía Láctea, cercana y lejana.

“Reunimos a este equipo para que pudiéramos ir más allá de procesar y tabular los datos para visualizarlos activamente, no solo para nosotros sino para todos. Ahora, literalmente podemos ver la Vía Láctea con nuevos ojos ”, dijo.

“El estudio de los nacimientos estelares es complicado por los datos imperfectos. Nos arriesgamos a equivocarnos en los detalles, porque si estás confundido con la distancia, estás confundido con el tamaño ”, dijo Finkbeiner.

Goodman estuvo de acuerdo: “Todas las estrellas del universo, incluido nuestro sol, se forman en nubes dinámicas de gas y polvo que colapsan. Pero determinar cuánta masa tienen las nubes, qué tan grandes son, ha sido difícil, porque estas propiedades dependen de qué tan lejos esté la nube “.

Un universo de datos

Según Goodman, los científicos han estado estudiando densas nubes de gas y polvo entre las estrellas durante más de 100 años, haciendo zoom en estas regiones con una resolución cada vez mayor. Antes de Gaia, no había un conjunto de datos lo suficientemente extenso como para revelar la estructura de la galaxia a gran escala. Desde su lanzamiento en 2013, el observatorio espacial ha permitido medir las distancias a mil millones de estrellas en la Vía Láctea.

La avalancha de datos de Gaia sirvió como el banco de pruebas perfecto para métodos estadísticos innovadores y nuevos que revelan la forma de los viveros estelares locales y su conexión con la estructura galáctica de la Vía Láctea. Alves llegó a Radcliffe para trabajar con Zucker y Goodman, ya que anticiparon que la avalancha de datos de Gaia mejoraría la tecnología “3D Dust Mapping” del grupo Finkbeiner lo suficiente como para revelar las distancias de los viveros estelares locales. Pero no tenían idea de que encontrarían la Radcliffe Wave.

Los grupos de Finkbeiner, Alves y Goodman colaboraron estrechamente en este esfuerzo de ciencia de datos. El grupo Finkbeiner desarrolló el marco estadístico necesario para inferir la distribución 3D de las nubes de polvo; el grupo Alves contribuyó con una gran experiencia en estrellas, formación estelar y Gaia; y el grupo Goodman desarrolló las visualizaciones 3D y el marco analítico, llamado “pegamento”, que permitió que Radcliffe Wave fuera visto, explorado y descrito cuantitativamente.

Este estudio fue apoyado por el Programa de Becas de Investigación para Graduados de la NSF (beca no. 1650114, AST-1614941), la Iniciativa de Ciencia de Datos de Harvard, NASA a través de ADAP (subvención no. NNH17AE75I), y una beca Hubble (subvención HST-HF2-51367.001-A) otorgada por el Space Telescope Science Institute, que es operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, Inc., para la NASA, bajo contrato NAS 5-26555.

Referencias:

“Una onda de gas a escala galáctica en el vecindario solar” de João Alves, Catherine Zucker, Alyssa A. Goodman, Joshua S. Speagle, Stefan Meingast, Thomas Robitaille, Douglas P. Finkbeiner, Edward F. Schlafly y Gregory M. Green, 7 de enero de 2020, Naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-019-1874-z

“Un mapa de polvo 3D basado en Gaia, Pan-STARRS 1 y 2MASS ”por Gregory M. Green, Edward Schlafly, Catherine Zucker, Joshua S. Speagle y Douglas Finkbeiner, 13 de diciembre de 2019, El diario astrofísico.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ab5362

Los artículos, los datos analizados (en Harvard Dataverse), el código estadístico, las figuras interactivas, los videos y el recorrido por el WorldWide Telescope están disponibles gratuitamente para todos a través de un sitio web dedicado.



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