En el transcurso de miles de millones de años, las galaxias crecen y evolucionan forjando nuevas estrellas y fusionándose con otras galaxias a través de eventos de « inmigración galáctica » acertadamente llamados. Los astrónomos intentan descubrir las historias de estos eventos de inmigración estudiando los movimientos de estrellas individuales a lo largo de una galaxia y su halo extendido de estrellas y materia oscura. Sin embargo, tal arqueología cósmica solo ha sido posible en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, hasta ahora.
Un equipo internacional de investigadores ha descubierto nuevas evidencias sorprendentes de un gran evento de inmigración galáctica en la Galaxia de Andrómeda, el gran vecino galáctico más cercano a la Vía Láctea. Los nuevos resultados se obtuvieron con el instrumento espectroscópico de energía oscura (DESI) del DOE en el telescopio de 4 metros Nicholas U. Mayall en el Observatorio Nacional Kitt Peak, un programa de NOIRLab de la NSF.
Al medir los movimientos de casi 7500 estrellas en el halo interior de la Galaxia de Andrómeda, también conocida como Messier 31 (M31), el equipo descubrió patrones reveladores en las posiciones y movimientos de las estrellas que revelaron cómo estas estrellas comenzaron sus vidas como parte de otra galaxia que se fusionó con M31 hace unos 2 mil millones de años. Si bien tales patrones han sido predichos por la teoría durante mucho tiempo, nunca se han visto con tanta claridad en ninguna galaxia.
« Nuestras nuevas observaciones del gran vecino galáctico más cercano de la Vía Láctea, la galaxia de Andrómeda, revelan evidencia de un evento de inmigración galáctica con exquisito detalle », explicó Arjun Dey, astrónomo de NOIRLab de la NSF y autor principal del artículo que presenta esta investigación. « Aunque el cielo nocturno puede parecer invariable, el Universo es un lugar dinámico. Las galaxias como M31 y nuestra Vía Láctea se construyen a partir de los componentes básicos de muchas galaxias más pequeñas a lo largo de la historia cósmica ».
« Nunca antes habíamos visto esto tan claramente en los movimientos de las estrellas, ni habíamos visto algunas de las estructuras que resultan de esta fusión », dijo Sergey Koposov, astrofísico de la Universidad de Edimburgo y coautor del artículo. « Nuestra imagen emergente es que la historia de la galaxia de Andrómeda es similar a la de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Los halos internos de ambas galaxias están dominados por un solo evento de inmigración ».
Esta investigación arroja luz no solo sobre la historia de nuestros vecinos galácticos, sino también sobre la historia de nuestra propia galaxia. La mayoría de las estrellas en el halo de la Vía Láctea se formaron en otra galaxia y luego migraron a la nuestra en una fusión galáctica hace entre 8 y 10 mil millones de años. Estudiar las reliquias de una fusión de galaxias similar, pero más reciente, en M31 les da a los astrónomos una ventana a uno de los eventos más importantes en el pasado de la Vía Láctea.
Para rastrear la historia de la migración en M31, el equipo recurrió a DESI. DESI se construyó para mapear decenas de millones de galaxias y cuásares en el Universo cercano para medir el efecto de la energía oscura en la expansión del Universo. Es el espectrógrafo de sondeo multiobjeto más potente del mundo y es capaz de medir los espectros de más de 100.000 galaxias por noche. Sin embargo, las capacidades de clase mundial de DESI también se pueden utilizar más cerca de casa, y el instrumento fue crucial para la encuesta del equipo sobre M31.
« Esta ciencia no podría haberse realizado en ninguna otra instalación en el mundo. La asombrosa eficiencia, el rendimiento y el campo de visión de DESI lo convierten en el mejor sistema del mundo para llevar a cabo un estudio de las estrellas en la Galaxia de Andrómeda », dijo Dey.. « En solo unas pocas horas de tiempo de observación, DESI pudo superar más de una década de espectroscopia con telescopios mucho más grandes ».
Aunque el Telescopio Mayall se completó hace 50 años (obtuvo su primera luz en 1973), sigue siendo una instalación astronómica de clase mundial gracias a las actualizaciones continuas y la instrumentación de última generación. « Cincuenta años parece mucho tiempo, e ingenuamente uno podría pensar que esa es la vida útil natural de una instalación », dijo la coautora Joan R. Najita, también de NOIRLab. « Pero con la renovación y la reutilización, un venerable telescopio como el Mayall puede continuar haciendo descubrimientos sorprendentes a pesar de ser relativamente pequeño para los estándares actuales ».
La investigación se llevó a cabo en colaboración con dos estudiantes universitarios de la Universidad de Harvard, Gabriel Maxemin y Joshua Josephy-Zack, quienes se conectaron con el proyecto a través del Instituto Radcliffe de Estudios Avanzados. Najita fue Radcliffe Fellow de 2021 a 2022.
El equipo ahora planea usar las capacidades incomparables de DESI y el Telescopio Mayall para explorar más estrellas periféricas de M31, con el objetivo de revelar su estructura e historia de inmigración con un detalle sin precedentes.
« Es sorprendente que podamos mirar al cielo y leer miles de millones de años de la historia de otra galaxia tal como está escrito en los movimientos de sus estrellas; cada estrella cuenta parte de la historia », concluyó Najita. « Nuestras observaciones iniciales superaron nuestras expectativas más salvajes y ahora esperamos realizar un estudio de todo el halo M31 con DESI. ¡Quién sabe qué nuevos descubrimientos nos esperan ! «