Un grupo de astrónomos ha logrado identificar el "pobre y viejo corazón de la Vía Láctea", una población de estrellas remanentes de la historia más temprana de nuestra galaxia natal.

Para esta proeza de "arqueología galáctica", los investigadores del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) analizaron los datos de la última versión de la misión Gaia de la ESA, utilizando una red neuronal para extraer las metalicidades de dos millones de estrellas gigantes brillantes de la región interior de nuestra galaxia.

La detección de estas estrellas así como sus propiedades observadas, corroboran las simulaciones cosmológicas de la historia más temprana de nuestra galaxia, informa el MPIA en un comunicado.

Como sabían que su análisis tenía que llegar a las regiones centrales de la Vía Láctea, el equipo se fijó específicamente en las estrellas gigantes rojas de la muestra de Gaia. Las gigantes rojas típicas son unas cien veces más brillantes que las subgigantes y fácilmente observables incluso en las distantes regiones centrales de nuestra galaxia. Estas estrellas también tienen la ventaja añadida de que las características espectrales que codifican su metalicidad son comparativamente llamativas, lo que las hace especialmente adecuadas para el tipo de análisis que los astrónomos estaban planeando.

Para el análisis propiamente dicho, los astrónomos recurrieron a métodos de aprendizaje automático. En este caso concreto, la red neuronal se entrenó utilizando espectros Gaia seleccionados como entrada: Espectros de Gaia para los que la respuesta correcta, la metalicidad, ya se conocía a partir de otro estudio (APOGEE, observaciones espectrales de alta resolución como parte del Sloan Digital Sky Survey [SDSS]). La estructura interna de la red se adaptó de modo que, al menos para el conjunto de entrenamiento, pudiera reproducir las metalicidades correctas.

Los científicos entrenaron su red neuronal sólo con la mitad de los datos APOGEE. En un segundo paso, el algoritmo se puso a prueba con el resto de los datos APOGEE, con resultados espectaculares: la red neuronal fue capaz de deducir metalicidades precisas y exactas incluso de estrellas con las que nunca se había topado.

Finalmente, aplicaron el algoritmo a su conjunto completo de datos de espectros de gigantes rojas de Gaia. Una vez obtenidos los resultados, los investigadores tuvieron acceso a una muestra de metalicidades precisas de un tamaño sin precedentes, consistente en 2 millones de gigantes brillantes de la galaxia interior.

Con esa muestra, resultó relativamente fácil identificar el antiguo corazón de la Vía Láctea, una población de estrellas que el autor principal Hans-Walter Rix ha bautizado como el "pobre corazón viejo", dada su baja metalicidad, su edad inferida y su ubicación central.

En un mapa del cielo, estas estrellas parecen estar concentradas alrededor del centro galáctico. Las distancias convenientemente proporcionadas por Gaia (a través del método de paralaje) permiten una reconstrucción en 3D que muestra esas estrellas confinadas dentro de una región comparativamente pequeña alrededor del centro, de aproximadamente 30.000 años luz de diámetro.

Las estrellas en cuestión complementan el estudio anterior del también coautor Maosheng Xiang y Rix sobre la adolescencia de la Vía Láctea: Tienen la metalicidad justa para haber dado a luz a las estrellas más pobres en metal que, más tarde, formaron el grueso disco de la Vía Láctea. Dado que ese estudio anterior proporcionó una cronología para la formación del disco grueso, esto hace que el antiguo corazón de la Vía Láctea sea más antiguo que unos 12.500 millones de años.

Para el pequeño subconjunto de objetos de los que se dispone de espectros APOGEE, es posible ir un paso más allá: Estos espectros proporcionan propiedades adicionales de las estrellas de corazón viejo y pobre de este subconjunto, concretamente la abundancia de elementos como el oxígeno, el silicio y el neón. Estos elementos pueden obtenerse añadiendo sucesivamente partículas alfa (núcleos de helio-4) a los núcleos existentes en un proceso denominado "aumento alfa". Su presencia en tales cantidades indica que las primeras estrellas obtuvieron sus metales de un entorno en el que los elementos más pesados se producían en escalas de tiempo comparativamente cortas a través de las explosiones de supernovas de estrellas masivas.

Esto es mucho más coherente con que estas estrellas se formaran directamente después de que las primeras protogalaxias se fusionaran para formar el núcleo inicial de la Vía Láctea, en lugar de haber estado ya presentes en las galaxias enanas que formaron el núcleo inicial de la Vía Láctea o que se fusionaron con la Vía Láctea posteriormente. Se trata de una confirmación más de lo que dicen las simulaciones cosmológicas sobre la historia más antigua de nuestra galaxia, según el MPIA.