El GTC, clave en la resolución del misterio de la distribución del oxígeno en las zonas externas de la Vía Láctea

Durante la Gran Explosión (Big Bang) que dio lugar a nuestro Universo, solo se formaron dos elementos químicos en cantidades apreciables: el hidrógeno y el helio. Casi todos los elementos químicos restantes, menos los creados artificialmente por el ser humano, los producen las estrellas durante su vida y en procesos asociados con su muerte. En Astrofísica, los elementos químicos más pesados que el helio se denominan de forma genérica “metales” y la proporción que tiene un objeto cósmico de los mismos es la “metalicidad”, cuya cantidad media ha ido aumentado en las galaxias con el tiempo. De entre los “metales”, el oxígeno es el más abundante y, por lo tanto, se convierte en un indicador muy utilizado para estimar metalicidades.

Todas las galaxias espirales, como la Vía Láctea, muestran que la cantidad de oxígeno que contienen va disminuyendo según nos alejamos del centro galáctico, lo que se denomina el “gradiente de abundancia de oxígeno”. Este comportamiento puede explicarse atendiendo a distintos factores relacionados, primero, con la distribución radial de los flujos de gas que experimenta el disco galáctico, y, segundo, con la formación estelar posterior. Hace casi 30 años, se encontraron indicios de que el comportamiento del gradiente parecía aplanarse en las zonas más externas del disco de la Vía Láctea, más allá del denominado “radio isofotal”, situado a una distancia de 37.500 años luz del centro galáctico. Hasta la fecha, este presunto aplanamiento ha carecido de pruebas observacionales contundentes debido a que las nebulosas ionizadas asociadas a la formación estelar (regiones HII), que son los objetos donde mejor se puede determinar la abundancia de oxígeno, son muy débiles y difíciles de observar en esas zonas tan lejanas.

Sin embargo, gracias, principalmente, al espectrógrafo OSIRIS del Gran Telescopio CANARIAS (GTC), ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos , un equipo de investigación del IAC y de la Universidad de Hong Kong ha podido medir de forma precisa y por primera vez la temperatura en las nebulosas de esas zonas externas de la Vía Láctea y determinar la abundancia de oxígeno. Sus resultados, recientemente publicados en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, muestran que tal aplanamiento no existe y que el gradiente de oxígeno se mantiene prácticamente constante hasta una distancia de 55.500 años luz del centro de la Vía Láctea, una fracción muy considerable del disco cuyo radio podría alcanzar unos 70.000 años luz.

“Si el gradiente de oxígeno en las zonas externas del disco de la galaxia presentase un aplanamiento -indica César Esteban, profesor de la Universidad de La Laguna (ULL), investigador del IAC y autor principal de este trabajo- supondría que algunos mecanismos complejos y exóticos estarían actuando en dichas zonas lejanas. Por ejemplo, que la eficiencia de la formación estelar se mantuviera constante, que existiera una caída de gas enriquecido químicamente desde el espacio intergaláctico o que los procesos de mezcla radial de gas fueran insólitamente eficaces. Nuestros resultados sugieren que podemos estar tranquilos a este respecto, no parece ocurrir nada extraño en los extrarradios de la Vía Láctea.”

En este sentido, Jorge García-Rojas, investigador en el IAC y otro de los autores del artículo, explica que “los resultados que hemos obtenido indican que los mecanismos que gobiernan la formación estelar y la evolución química en la Vía Láctea no sufren cambios sustanciales según su posición a lo largo del disco de la Galaxia”.

Grandes telescopios

Para obtener espectros detallados que permitieran determinar la temperatura del gas ionizado de las nebulosas ha sido fundamental usar grandes telescopios como el GTC, de 10,4 m, o el Very Large Telescope, sistema de cuatro telescopios de 8,2 m instalados en el Observatorio de La Silla, en Chile, del European Southern Observatory (ESO). “Hasta ahora – apunta Xuan Fang, investigador de la Universidad de Hong Kong que también ha participado en este estudio-, disponíamos de espectros obtenidos con telescopios sustancialmente más pequeños y muchas de las determinaciones de las abundancias químicas eran indirectas, sin la precisión suficiente para establecer sin lugar a dudas el comportamiento que hemos encontrado”.

“Estos resultados implican que los modelos más aceptados para la formación y evolución de la Vía Láctea, como son los denominados inside-out, pueden ser aplicados, al menos, a la mayor parte del disco galáctico”, concluye Laura Toribio, recién doctorada en el IAC y que también ha contribuido a esta investigación.

Artículo: “The radial abundance gradient of oxygen towards the Galactic anticentre”, por C. Esteban, X. Fang, J. García-Rojas y L. Toribio san Cipriano, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Artículo en astro-ph: https://arxiv.org/pdf/1706.07727.pdf

Artículo en Royal Astronomical Society: https://academic.oup.com/mnras/article-lookup/doi/10.1093/mnras/stx1624