Dimecres 17 de febrer vam parlar amb Teresa Antoja, de l’Institut de Ciències del Cosmos-UB (Institut de Estudis Espacials de Catalunya), sobre la sacsejada que va patir la Via Làctia fa uns cinc-cents milions d’anys. A partir de les dades rebudes de la missió Gaia s’ha pogut deduir que un gran impacte gravitatori va influir en les òrbites de les estrelles. Com es dedueix el registre? Quan va passar?
Espirals
Teresa comença recordant que a la natura hi ha moltes formes espirals; en tenen cargols, milpeus, nautilus, falgueres, els camaleons a la cua entre altres. En altres dimensions, les galàxies també poden prendre forma espiral, com va fer la Via Làctia.
Com és la Via Làctia?
Mirant la nostra galàxia a ull nu en un cel poc contaminat, veiem una zona de concentració estel·lar. Deixa entreveure que té una forma plana. Com va fotografiar el telescopi espacial Hubble, no és la única forma que poden prendre les galàxies. N’hi ha de diverses formes i colors.
La Via Làctia es troba en una zona en què hi ha altres galàxies. Algunes, com els núvols de Magallanes es veuen des de l’hemisferi sud de la Terra; altres, són més febles. Com la Via Làctia és la més massiva, les altres galàxies hi orbiten a l’entorn.
Ara bé, observar la galàxia en què som és més difícil. És com voler observar un bosc des de dins; podem detectar els detalls dels arbres, però no tenir la visió de conjunt.
Tot i això, amb la composició de moltes imatges, fa anys que sabem que la Via Làctia és un disc pla, on es concentren la major part de les estrelles. Altres estrelles fan cúmuls més enllà del disc.
El que s’ha deduït és que en l’entorn del disc hi ha molta matèria fosca; una matèria que mai cap laboratori no ha pogut observar, però que cal postular la seva existència, perquè els càlculs de les velocitats de les estrelles i del gas no quadrarien si no hi ha més massa de la que es veu.
En fer la projecció d’imatges de la Via Làctia des d’un altre punt de vista, s’ha vist que té braços espirals; però en realitat desconeixem quants, si alguns estan més poblats que altres i quan s’han format.
El satèl·lit Gaia
Per donar resposta a la gran quantitat d’incògnites sobre la nostra galàxia, des dels anys noranta la ESA preparava el satèl·lit Gaia. Es volia crear el mapa multidimensional més gran i precís de la Via Làctia.
Moltes institucions europees treballen en aquest satèl·lit que mesura deu metres de diàmetre. Dins el cos central hi ha els instruments, mentre que les pantalles els protegeixen de la llum del Sol, d’una banda; i, capturen energia solar, de l’altra. Gaia orbita al punt de Lagrange, on troba l’estabilitat gravitatòria entre la Terra i el Sol.
Gaia, a més de proporcionar dades per l’estudi de la Via Làctia, confirmarà la història de la formació estel·lar i l’estructura galàctica. Permetrà estudiar astrofísica estel·lar, del Sistema Solar, estrelles binàries nanes i marrons, i planetes extrasolars. I aportarà dades sobre física fonamental i sistemes de referència.
De cada estrella, Gaia mesura tres posicions en l’espai, i també en dóna la brillantor, el color, la composició química, l’edat… Escanejant cada estrella entre trenta i setanta vegades, fa un cens de les estrelles més pròximes.
Tot i que Gaia té panells solars, carrega també combustible. S’havia previst que el dipòsit durés cinc anys, però com encara resta combustible i els resultats dels projecte són tan exitosos, quedarà activa fins que acabi el combustible, probablement d’aquí a tres anys.
El nombre d’estrelles
En un dels catàlegs més antics, la tauleta babilònica de Mul.Apin, es descriuen 66 estrelles. Al catàleg de la dinastia Su Song (1094 nostra era) hi ha descrites 1.464 estrelles. Hipparcos, un altre satèl·lit de la ESA, va donar dades de més de cent-mil estrelles, que es van publicar en cinc llibres. I Gaia, de moment, n’ha catalogades més de mil vuit-cents milions (n=1.811.709.771).
Gaia només detecta un 1% de les estrelles de la zona que estudia, que són moltes! I la seva precisió és espectacular: podria detectar una moneda d’un euro a la Lluna o com li creixen les ungles a un astronauta que fos al nostre satèl·lit. També és molt superior el camp d’estudi al de qualsevol altres satèl·lit. I, per descomptat, per tractar les dades que arriben de Gaia calen grans ordinadors.
Els estels es mouen respecte del centre de la galàxia a uns 300 km/s; i, respecte de la Terra, a uns 20 km/s. Però, aparentment, es mouen fan poc, perquè estan molt lluny; sinó, no veuríem constel·lacions. La precisió de Gaia detecta aquest petit moviment.
El darrer mapa d’estrelles elaborat a partir de les dades de Gaia és del desembre. De fet, és una projecció de milers d’anys cap al futur, perquè dibuixa exageradament les traces del moviment de les estrelles.
La sacsejada de la Via Làctia
Gaia ha permès descobrir una espiral en les posicions i velocitats de la Via Làctia. Però, com es formen galàxies espirals? Per comprendre-ho hem de entendre que el moviment de les estrelles segueix les tres dimensions.
Els experiments dels astrofísics es fan creant models matemàtics a partir de les dades observades. Aleshores, en iniciar les oscil·lacions verticals d’un grup d’estrelles que han estat pertorbades, algunes d’elles oscil·len a una velocitat superior que les altres. Els models duen a una forma espiral que, a mesura que passa el temps, s’enrotlla més.
És a dir, el model va constatar que hi havia hagut un trasbals, algunes estrelles de la nostra galàxia havien patit una pertorbació. Quina? Quan?
Doncs, per esbrinar-ho, es va estudiar la trajectòria d’una de les veïnes, la galàxia nana de Sagitari. Segons el model, fa uns cinc-cents milions d’anys estava situada molt a prop de la Via Làctia.
Aquesta proximitat hagués pogut ocasionar una col·lisió galàctica que hagués pertorbar l’òrbita d’algunes estrelles. Segons la projecció dels models, com és més massiva, la Via Làctia, acabarà engolint la galàxia nana de Sagitari en alguns milions d’anys.
El càlcul d’aquests models, que inclouen també la massa de la matèria fosca, triguen entorn mesos a fer-se en ordinadors potents com el Mare Nostrum, del Barcelona Supercomputing Centre. A mesura que s’obtenen més dades de Gaia es podran fer simulacions més acurades, que trigaran més a fer-se. Tot i això, els models es fan amb molts menys partícules de les que hi ha en realitat. I, per a validar les hipòtesis, es fan simulacions i estudis a diversos laboratoris del món.
Fa cinc-cents milions d’anys, a la Terra ja hi havia peixos amb mandíbules. Teresa ens tranquil·litza explicant que la pertorbació no hauria afectat el Sistema Solar; com a molt, hauria canviat l’òrbita del Sol dins la galàxia.
Perquè van col·lisionar galàxies, no estrelles; i les estrelles estan molt separades.
A més de pertorbar les òrbites de les estrelles, la col·lisió podria haver induït la formació d’estrelles. S’infereix, perquè els pics de formació de nous estels en la nostra galàxia coincideixen amb els moments en què la galàxia de Sagitari s’acostava més a la Via Làctia. La col·lisió hauria pogut produir el col·lapse de núvols de gas i pols, fins a provocar la ignició. I, com un dels pics és de fa uns cinc milions d’anys, es podria haver format el Sol. Són estudis molt robustos, però molt nous; cal seguir confirmant les interpretacions.
I, ha passat altres vegades que una galàxia n’engoleixi una altra? I, sí, les simulacions fetes partint de l’explosió inicial del Big Bang, les estrelles s’haurien agrupat en galàxies, i les més massives haurien anat engolint les més petites per gravetat. Canibalisme galàctic, en diuen. Gaia descobreix restes d’altres galàxies que resten com a conjunts d’estrelles amb moviments diferents.
I descobreix també que les estrelles dins una galàxia tenen una composició química diferent; cosa que es detecta pels patrons en la descomposició espectral de la llum que emeten, cosa que fa sospitat que originalment pertanyien a dues galàxies diferents. La galàxia més massiva hauria engolit la petita. Quines preciositats ens descobreix Gaia!
Teresa, com vas fer-te astrofísica?
De petita, quan sortia amb l’esplai, sovint feiem vivac; em quedava desperta mirant el cel. A casa hi havia molts llibres de física i de matemàtiques. Així que des de petita vaig tenir clar que faria alguna cosa relacionada amb els astres i les matemàtiques. I sóc astrofísica.
Mentre seguim parlant, Gaia segueix escanejant i fent fotografies que ens passarà i estudiarem. Fascinant!
Si heu arribat fins aquí, no us perdeu la sessió sencera que trobareu en aquest enllaç.
Més informació
25 anys de l’IECC
Lliurament del 3r catàleg de Gaia, la missió per a conèixer l’origen i evolució de la nostra galàxia (02/12/2020)
Gaia detecta una sacsejada de la Via Làctia, ICCUB
La gran apuesta española por la tecnología aeroespacial. La Vanguardia
Altres cafès científics
Robots exploradors: el projecte Gaia, amb Jordi Torra (09/04/2014)
La conquesta de l’espai, amb Carme Jordi (24/10/2016)
Comprendre l’Univers, amb Ignasi Ribas (19/02/2010)
Imatge destacada: Gaia sobre la Via Làctia (IEEC)
Cua de camaleó: wikimedia commons Jarek Tuszyński CC-BY-SA-3.0
Via Làctia: ESA/Gaia/DPAC
