La sonda Gaia descubre una extraña familia de estrellas desesperadas por abandonar su hogar
Un nuevo modelo de inteligencia artificial, Gaia Net, ha dado caza a una misteriosa familia de estrellas jóvenes que se dispersa a una velocidad sin precedentes. El hallazgo de esta comunidad estelar, bautizada como Ophion, arroja nueva luz a lo que sabemos sobre la formación y evolución estelar en la Vía Láctea.
Por Enrique Coperías
Gaia detecta una extraña familia de estrellas que están a punto de romper sus vínculos. Cortesía: ESA
Desde su lanzamiento en 2013 desde la Guayana Francesa, la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA) ha transformado por completo el estudio de nuestra galaxia. Con datos extremadamente precisos sobre posiciones, distancias y movimientos de más de mil millones de estrellas, Gaia ha permitido mapear la Vía Láctea como nunca antes.
Sin embargo, uno de los tipos de datos más abundantes de Gaia —los espectros XP, que recogen la luz de las estrellas con baja resolución— ha sido también uno de los menos aprovechados, a pesar de estar disponible para más de 220 millones de estrellas.
Extraer información detallada de estos espectros ha sido un gran reto, especialmente para ciertos tipos de estrellas. Aquí es donde entra en juego Gaia Net, un modelo innovador basado en inteligencia artificial que es capaz de extraer parámetros estelares con una precisión sin precedentes. Es más, se ha atrevido por primera vez poner el ojo en las estrellas jóvenes en formación.
Para estrellas que se salen de la «norma»
Hasta ahora, los modelos utilizados para analizar los espectros XP se basaban en simulaciones sintéticas que, aunque útiles, presentaban serias limitaciones. En particular, eran poco fiables para estrellas que no se ajustaban a los patrones típicos, como las estrellas de baja masa, las estrellas presecuencia principal, es decir, aquellas que aún están en formación, y las enanas blancas.
Otras iniciativas habían intentado corregir estas deficiencias utilizando técnicas de aprendizaje automático entrenadas con catálogos espectroscópicos más completos, como LAMOST, pero seguían dejando fuera una buena parte del zoológico estelar.
Gaia Net representa una nueva generación de modelos, más flexible y ambicioso. Se trata de una red neuronal convolucional residual —un tipo de inteligencia artificial diseñada para trabajar con datos complejos— que analiza directamente los coeficientes matemáticos que describen los espectros XP —una representación comprimida de la curva de luz de cada estrella— sin necesidad de recurrir a datos externos, como son la fotometría o la posiciones estelares en el cielo.
Entrenamiento con 5,8 millones de soles
Esto obliga al modelo a centrarse únicamente en las pistas que ofrece el propio espectro, sin recurrir a datos externos como el brillo o el efecto del polvo interestelar. De este modo, aprende a identificar distintos tipos de estrellas de forma más fiable y sin sesgos.
Para entrenar a Gaia Net, los astrofísicos usaron datos de unos 5,8 millones de estrellas cuyas características físicas ya se conocían gracias a estudios espectroscópicos de alta resolución como los del SDSS y LAMOST. El modelo se optimizó para predecir tres parámetros clave: la temperatura efectiva (Teff), la gravedad superficial (log g) y la metalicidad ([Fe/H]).
Los resultados son notables: los errores típicos en la gravedad superficial son de apenas 0,135 en escala logarítmica (lo que equivale a un margen de variación de alrededor del 70 %), y para la temperatura, de solo 0,01 a 0,025 en esa misma escala, según el tipo de estrella.
Conocer la edad de las estrellas jovencitas
Pero el verdadero punto fuerte de Gaia Net es su capacidad para caracterizar con precisión a las estrellas jóvenes. Estas estrellas, todavía en formación, son más grandes y luminosas que sus versiones adultas, y hasta ahora era muy difícil determinar su edad usando espectros de baja resolución. Gaia Net consigue estimar su gravedad superficial con suficiente precisión como para ofrecer una medida indirecta de la edad, ya que las estrellas en sus primeras etapas evolucionan rápidamente y su gravedad superficial cambia a medida que se contraen.
Gracias a esta capacidad, los autores aplicaron el modelo a millones de estrellas cercanas al Sol y descubrieron algo sorprendente: una nueva población estelar masiva, con más de mil miembros, a la que han bautizado como Ophion.
Esta agrupación se encuentra al este de la conocida región de formación estelar de Scorpius–Centaurus, pero, a diferencia de otras regiones similares, no presenta un movimiento coherente. Es decir, sus estrellas no se desplazan juntas en el espacio, algo muy inusual para un grupo tan joven. Pensemos que tienen una edad inferior a los veinte millones de años. A pesar de eso, la agrupación persiste como una sobredensidad espacial claramente definida.
Unas jovencísimas estrellas abandonan el «nido Ophion» a toda velocidad, ilustrando con humor la inesperada dispersión caótica de esta joven familia estelar detectada por Gaia. Ilustración generada con DALL-E
Una familia que se rompe
«Ophion está llena de estrellas que están a punto de dispersarse por la galaxia de forma completamente caótica, sin ninguna coordinación, algo muy distinto a lo que esperaríamos de una familia tan grande —explica Dylan Huson, investigador de la Universidad Western Washington y autor principal del estudio, en un comunicado de la ESA. Y añade—: Y lo harán en una fracción del tiempo que normalmente se necesita para que un grupo tan grande se disuelva. No se parece a ninguna otra familia estelar que hayamos visto antes».
Tradicionalmente, las estrellas nacen en grupos o familias que comparten un origen común en tiempo y lugar. Aunque algunas familias pequeñas se dispersan completamente, los grupos más numerosos suelen seguir viajando juntos durante millones o incluso miles de millones de años.
Hemos visto estos ríos de estrellas recorriendo la Vía Láctea, manteniéndose unidos como hilos cósmicos. Por eso resulta tan sorprendente encontrar una familia estelar tan numerosa como Ophion que carece completamente de cohesión dinámica, y que parece estar disolviéndose de manera acelerada.
Herramienta para explorar nuestra vecindad galáctica
La clave para descubrir Ophion fue precisamente la capacidad de Gaia Net para identificar de forma precisa estrellas jóvenes y frías. «Es la primera vez que un modelo como este se puede aplicar a estrellas jóvenes, debido al enorme volumen y alta calidad de observaciones espectroscópicas que requiere —sostiene Johannes Sahlmann, científico del proyecto Gaia en la ESA. Y continúa—: Poder medir los parámetros de muchas estrellas jóvenes de forma fiable y simultánea es todavía algo bastante nuevo. Este tipo de observación masiva es uno de los logros verdaderamente sin precedentes de Gaia».
Además del avance técnico, el estudio también ilustra el poder del enfoque colaborativo y abierto de la sonda Gaia. «Esta está abriendo puertas a nuevas formas de ciencia colaborativa e interdisciplinar gracias a su política de datos abiertos —explica Sahlmann. Y añade—: Varios de los miembros del equipo que descubrió Ophion son estudiantes universitarios y de posgrado en informática, que usaron los datos de Gaia para desarrollar nuevos métodos que ahora nos están revelando nuevas perspectivas sobre las estrellas de la Vía Láctea».
El descubrimiento de Ophion demuestra que Gaia Net no solo es una herramienta poderosa para estudiar estrellas individualmente, sino también para reconstruir episodios recientes y fugaces de formación estelar en nuestra vecindad galáctica.
Cúmulos estelares y supernovas
Gracias a su capacidad para estimar la gravedad superficial sin necesidad de astrometría o fotometría, Gaia Net permite identificar estrellas presecuencia principal de hasta veinte millones de años de antigüedad, incluso en regiones donde la extinción interestelar o la multiplicidad estelar hacen muy difícil usar otros métodos.
Este tipo de análisis podría tener implicaciones aún mayores en el futuro. A medida que se liberen nuevas versiones del catálogo Gaia, como la esperada Gaia DR4, y se obtengan mejores medidas de velocidad radial estelar, será posible reconstruir con mayor precisión la historia cinemática de agrupaciones como Ophion.
Esto podría arrojar luz sobre fenómenos como la rápida disolución de cúmulos estelares, la influencia de supernovas y perturbaciones gravitacionales y la evolución de la estructura de la Vía Láctea.
En definitiva, Gaia Net representa un hito en el análisis automático de espectros estelares. Al no depender de datos adicionales y ser capaz de operar en todo el rango de tipos y edades estelares, permite estudiar desde enanas blancas hasta supergigantes, desde estrellas frías hasta calientes y desde formaciones recientes hasta poblaciones viejas. Y lo más importante: abre una nueva ventana para entender cómo nacen, evolucionan y se dispersan las estrellas en nuestra galaxia. ▪️
Información facilitada por la ESA
Fuente: Dylan Huson et al. Gaia Net: Toward Robust Spectroscopic Parameters of Stars of all Evolutionary Stages. The Astrophysical Journal. DOI: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adc2fa
