Galaxy

Nuestro Sol es, en realidad, un refugiado cósmico. Hace alrededor de 4.600 millones de años, se encendió por primera vez en un vecindario hostil, bombardeado por radiación, a 10.000 años luz más cerca del centro de la Vía Láctea de lo que está ahora. Hoy en día, el Sol alberga un sistema planetario en las afueras galácticas.

¿Cómo cruzó esa vasta y traicionera distancia?

Ahora, un estudio sin precedentes en arqueología galáctica proporciona la respuesta: no viajó solo. Utilizando datos del satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea, los astrónomos han descubierto que nuestra estrella formó parte de una masiva migración estelar. Entre hace 4 y 6 mil millones de años, el Sol y miles de “gemelos solares” idénticos surgieron hacia el exterior desde el interior de la galaxia en una ola sincronizada.

Este descubrimiento cambia profundamente nuestra comprensión de nuestro lugar en el cosmos. Este éxodo masivo no solo explica cómo nuestro sistema solar encontró un refugio seguro donde la vida frágil podría evolucionar, sino que también reescribe la línea de tiempo de la propia Vía Láctea. Los hallazgos sugieren que la violenta formación de la masiva barra central de la galaxia actuó como una honda gravitacional, forjando la propia ruta de escape que recorrieron estas estrellas.

La búsqueda de gemelos solares

¿Cómo sabemos exactamente cómo era la Vía Láctea hace miles de millones de años? Aquí es donde las cosas se ponen realmente interesantes. En cierto sentido, no es tan diferente a cómo los arqueólogos reconstruyen la vida de los pueblos antiguos. Solo que, en lugar de excavar en la tierra para detectar artefactos, la arqueología galáctica profundiza en la luz de las estrellas para reconstruir el pasado.

Para rastrear el viaje específico del Sol desde su origen hasta su ubicación actual, los profesores asistentes Daisuke Taniguchi y Takuji Tsujimoto recurrieron al satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea. Gaia rastrea continuamente más de dos mil millones de estrellas. A partir de este enorme conjunto de datos, los investigadores buscaron “gemelos solares”.

Estos no son solo estrellas que se parecen vagamente a nuestro Sol. Son coincidencias exactas. Comparten la misma temperatura, gravedad superficial y composición química que el Sol. En estudios anteriores, los astrónomos solían confiar en pequeñas muestras que contenían solo unas pocas docenas de estos gemelos estelares.

Esta vez, los investigadores construyeron un catálogo de 6.594 gemelos solares. Esta asombrosa colección es aproximadamente 30 veces más grande que cualquier encuesta anterior. Incluye estrellas que se extienden hasta una distancia de aproximadamente 300 pársecs de la Tierra. Si imaginamos toda nuestra galaxia de 100.000 años luz de ancho como una ciudad masiva, esta área de búsqueda de 300 pársecs es solo una cuadra de vecindario local, pero aún así es lo suficientemente profunda como para abarcar casi todas las estrellas individuales que podemos reconocer por su nombre en el cielo nocturno.

Viajando por la Vía Láctea

¿Por qué necesitamos tantos gemelos? Trabajar con estrellas idénticas elimina las variables caóticas que pueden abrumar incluso al astrofísico más experimentado. Permite a los científicos medir la edad de las estrellas con una precisión milimétrica.

En la Vía Láctea, existe una estricta regla de crecimiento “de adentro hacia afuera”: las regiones internas de la galaxia se formaron más rápido y se enriquecieron con metales mucho antes que las regiones externas. Debido a que nuestro Sol y sus gemelos son ricos en metales (contienen una cantidad específica de elementos más pesados que el helio), los astrónomos saben que deben haber nacido en el denso disco interno donde esos materiales estaban disponibles hace miles de millones de años.

Cuando el equipo calculó la edad de estos miles de gemelos, surgió un patrón. Descubrieron un gran pico estadístico, un pico en los datos que muestra un gran número de gemelos de entre 4 y 6 mil millones de años.

Este pico es la prueba definitiva de una migración. Si las estrellas se quedaran donde nacieron, no veríamos una concentración tan alta de estrellas ricas en metales y de la misma edad en nuestro vecindario local.

“Al estudiar una gran población de estos gemelos solares, encontramos evidencia que sugiere que muchos gemelos solares de la misma edad migraron a través de la Vía Láctea aproximadamente al mismo tiempo que el Sol, brindándonos nuevas pistas sobre cuándo y cómo el Sol se movió desde su lugar de nacimiento hasta su ubicación actual”, dijo Taniguchi a ZME Science.

Saltando la valla galáctica

Puede que te preguntes si podemos confiar en este patrón. Las estrellas grandes y brillantes naturalmente atraen la atención de nuestros telescopios, mientras que las estrellas más débiles y antiguas se desvanecen fácilmente en el fondo. ¿Podrían los datos estar simplemente sesgados?

Los investigadores anticiparon este problema exacto. Taniguchi le dijo a ZME Science: “Uno de los principales desafíos fue corregir los sesgos observacionales en los datos (llamados “efectos de selección”). En astronomía, algunas estrellas son más fáciles de detectar que otras (por ejemplo, las estrellas más brillantes tienen más probabilidades de ser observadas). Por lo tanto, la distribución de edad bruta de los gemelos solares observados no refleja directamente la distribución real. Para abordar esto, creamos catálogos simulados que contienen decenas de miles de gemelos solares artificiales para cuantificar la probabilidad de que se observen gemelos solares de diferentes edades. Luego aplicamos técnicas estadísticas originalmente desarrolladas en el procesamiento de señales e imágenes para eliminar estos sesgos y lograr reconstruir la verdadera distribución de edad de los gemelos solares”.

El equipo generó un universo simulado que contenía más de 75.000 estrellas artificiales. Al comparar los datos reales con este catálogo simulado, eliminaron eficazmente las manchas de sus lentes.

Sin embargo, descubrir una migración masiva resuelve un misterio, pero introduce una contradicción física. La Vía Láctea presenta una masiva estructura en forma de barra en su centro. Esta barra ejerce una poderosa fuerza gravitacional que crea una barrera de corrotación.

Piensa en esta barrera como una gigantesca valla cósmica. Atrapa activamente las estrellas en el interior de la galaxia y las impide escapar a los suburbios exteriores. Si esta valla es tan efectiva, ¿cómo escaparon el Sol y 6.500 de sus hermanos?

La respuesta simple es que la galaxia no es un lugar estático.

“En la Vía Láctea actual, se cree que la barrera de corrotación se encuentra entre el lugar de nacimiento del Sol y su posición actual. Sin embargo, la barrera no siempre ha estado ubicada en el mismo lugar en el pasado (es decir, el Sol no necesariamente tuvo que saltar la valla)», dijo Taniguchi a ZME Science.

En lugar de saltar una valla, las estrellas probablemente cabalgaron sobre una masiva ola creada por la construcción de la valla.

“Proponemos que la formación de la estructura de barra central de la Vía Láctea puede haber jugado un papel clave. Si la barra galáctica se formó hace aproximadamente 6-7 mil millones de años, los procesos dinámicos asociados con su formación podrían haber mejorado tanto la tasa de formación estelar en la región interna de la Vía Láctea como también haber desencadenado una migración radial a gran escala de estrellas. En este escenario, el Sol y los gemelos solares se formaron en la parte interna de la Galaxia hace entre 4 y 6 mil millones de años y pronto migraron hacia las regiones exteriores durante este período dinámico activo. Este escenario, si es correcto, también podría proporcionar nuevas restricciones sobre la época de la formación de la barra galáctica”, dijo Taniguchi.

A medida que la barra galáctica se ensambló violentamente, agitó el espacio circundante. Este proceso, conocido como migración radial, lanzó estrellas hacia el exterior difundiendo su momento angular.

Un lugar de nacimiento peligroso

Esta antigua migración impacta profundamente en nuestra vida diaria. Si nuestro Sol nunca hubiera abandonado el núcleo galáctico, los seres humanos probablemente nunca habrían existido.

El interior de la Vía Láctea es un entorno caótico y abarrotado. Las estrellas pasan violentamente cerca unas de otras y la radiación cósmica satura constantemente el espacio. Es un lugar increíblemente inhóspito para que un planeta frágil nutra la vida. Eso no significa que hubiera sido imposible, sin embargo.

“Un factor que tuvimos en cuenta es que se cree que los eventos de alta energía, como las explosiones de supernova, ocurren con más frecuencia en las regiones internas de la Vía Láctea que donde se encuentra el Sol hoy en día. Sin embargo, esto es una cuestión de probabilidad (por un factor de unos pocos) más que una frontera estricta. La Galaxia interior es probablemente un entorno más peligroso, pero eso no necesariamente significa que la aparición de la vida allí sería imposible”, dijo Taniguchi.

Independientemente de las probabilidades exactas, alejarse 10.000 años luz le dio a nuestro sistema solar una ventaja distinta. El Sol se asentó en un vecindario tranquilo y aburrido donde la vida en la Tierra podría evolucionar de forma segura.

A menudo sufrimos de un poco de ego cósmico. Sin embargo, este nuevo y masivo conjunto de datos pinta una imagen mucho más comunitaria. Nuestra estrella es solo una parte de una vasta diáspora.

“La presencia de muchos gemelos solares en el vecindario solar con edades similares al Sol implica que la migración del Sol puede no haber sido un evento excepcional. Estas estrellas probablemente se formaron en regiones similares del interior de la Vía Láctea y luego migraron hacia el exterior. Esto sugiere que existió un mecanismo que permitió que el Sol y muchos gemelos solares migraran grandes distancias a través de la Vía Láctea. En otras palabras, el Sol puede haber sido simplemente un miembro de una población migrante mucho más grande en lugar de un viajero extraordinario”, dijo Taniguchi.

En última instancia, la arqueología galáctica nos obliga a repensar nuestro lugar en la oscuridad. Somos los afortunados beneficiarios de un éxodo masivo y sincronizado.

Los hallazgos aparecieron en dos artículos separados publicados en la Astronomy & Astrophysics:

• Solar twins in Gaia DR3 GSP-Spec I. Building a large catalog of solar twins with ages
  Authors: Daisuke Taniguchi, Patrick de Laverny, Alejandra Recio-Blanco, Takuji Tsujimoto, Pedro A. Palicio
  DOI: 10.1051/0004-6361/202658913
• Solar twins in Gaia DR3 GSP-Spec II. Age distribution and its implications for the Sun’s migration
  Authors: Takuji Tsujimoto, Daisuke Taniguchi, Alejandra Recio-Blanco, Pedro A. Palicio, Patrick de Laverny
  DOI: 10.1051/0004-6361/202658914