Un nou estudi revela detalls clau sobre la història química de la Via Làctia

Un equip de recerca liderat per investigadors de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB) i el Centre Nacional de Recerca Científica de França (CNRS) ha publicat un estudi que aporta noves pistes sobre com es formen i evolucionen galàxies com la nostra, la Via Làctia, i per què les seves estrelles mostren patrons químics sorprenents.

L’estudi, que ha comptat també amb la col·laboració de científics de la Liverpool John Moores University i el Max-Planck-Institut für Astrophysik, s’ha publicat a la revista especialitzada Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. En ell, s’analitza l’origen d’un fenomen intrigant: l’existència de dues poblacions d’estrelles amb composicions químiques diferents, conegut com ‘bimodalitat química’.

Quan s’estudien les estrelles properes al Sol, s’observen dos grups principals segons la seva composició química, especialment pel que fa a la quantitat de ferro i magnesi. Aquests dos grups formen seqüències separades en un diagrama químic, tot i que se superposen en metal·licitat (la riquesa en elements pesants com el ferro). Aquest comportament ha estat un misteri per a l’astrofísica.

L’estudi fa servir simulacions avançades (anomenades Auriga) per recrear la formació de galàxies com la Via Làctia en un univers virtual. Analitzant 30 galàxies simulades, l’equip ha investigat com es formen aquestes seqüències químiques.

Comprendre la història química de la Via Làctia ens ajuda a reconstruir com es va formar la nostra galàxia, i d’altres similars, al llarg del temps. Això inclou la nostra galàxia més propera, Andròmeda, en la qual encara no s’ha detectat cap bimodalitat. També proporciona pistes sobre les condicions de l’univers primitiu i el paper dels fluxos de gas còsmic i les fusions galàctiques.

«Aquest estudi mostra que l’estructura química de la Via Làctia no és un patró universal», explica Matthew D. A. Orkney, autor principal i investigador de l’IEEC a l’ICCUB. «Les galàxies poden seguir camins molt diferents per arribar a resultats semblants, i aquesta diversitat és clau per entendre l’evolució galàctica», afegeix.

L’estudi mostra que galàxies com la Via Làctia poden desenvolupar dues seqüències químiques diferenciades a través de diversos processos. En alguns casos, aquesta bimodalitat sorgeix d’esclats de formació estel·lar seguits de períodes de calma, mentre que en altres és causada per canvis en l’entrada de gas procedent de l’entorn galàctic. 

Contràriament al que s’havia pensat, la col·lisió amb una galàxia més petita coneguda com Gaia-Encèlad o Salsitxa de Gaia (en anglès: Gaia-Sausage-Enceladus, GSE) no és una condició indispensable per a l’aparició d’aquest patró químic. Les simulacions indiquen que el gas pobre en metalls del medi circumgalàctic té un paper fonamental en la formació de la segona seqüència d’estrelles. A més, la forma d’aquestes seqüències químiques està estretament relacionada amb la història de formació estel·lar de la galàxia.

Amb les dades que proporcionaran telescopis com el James Webb Space Telescope (JWST) i missions com Plato i Chronos, els investigadors podran posar a prova aquestes conclusions i afinar la nostra comprensió de l’univers.

«Aquests resultats prediuen que altres galàxies també haurien de mostrar una gran diversitat de seqüències químiques. Aviat podrem comprovar-ho amb l’arribada dels telescopis de 30 metres, que faran rutinàries aquestes anàlisis en galàxies externes», afirma Chervin Laporte, investigador de l’IEEC a l’ICCUB i també membre de l’Observatori de París (CNRS) i el Kavli IPMU. «A la llarga, aquests estudis ens permetran afinar encara més el camí evolutiu físic de la pròpia Via Làctia», conclou Laporte.