Investigadores del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA) utilizaron principios de la filogenética para analizar la composición química de las estrellas como una especie de “ADN galáctico”, logrando identificar diferentes historias de formación estelar sin utilizar información sobre sus edades.
SANTIAGO, REGIÓN METROPOLITANA – Una metodología utilizada tradicionalmente para reconstruir las relaciones evolutivas entre especies fue adaptada por un equipo de astrónomos para estudiar la historia de las galaxias. La investigación, con participación del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA), proyecto financiado por ANID, demostró mediante simulaciones que la composición química de las estrellas puede utilizarse para identificar distintas etapas y procesos de evolución galáctica.
El estudio fue publicado en la revista científica Astronomy & Astrophysics y estuvo encabezado por Brian Tapia Contreras, investigador adscrito del CATA y estudiante de doctorado de la Pontificia Universidad Católica de Chile (UC), bajo la tutela de Patricia Tissera, directora del CATA y académica del Instituto de Astrofísica de la UC.
En la investigación también participaron Emanuel Sillero, investigador postdoctoral de Fondecyt en la UC e investigador adscrito al CATA; Paula Jofré, académica de la Universidad Diego Portales (UDP); y otros investigadores. El proyecto comenzó bajo el alero del Núcleo Milenio ERIS, liderado por Jofré y Tissera.
La química como un “ADN galáctico”
La técnica utilizada se conoce como filogenética galáctica y toma como referencia los métodos empleados en biología para establecer relaciones evolutivas mediante el ADN. En astronomía, en cambio, los investigadores utilizan las abundancias químicas presentes en las estrellas como registro de las generaciones que las antecedieron.
Cada nueva generación de estrellas modifica químicamente el gas de su entorno mediante fenómenos como explosiones de supernovas y procesos de pérdida de masa. Las estrellas que posteriormente nacen desde ese material incorporan parte de esa composición, generando un registro que puede ser estudiado para reconstruir la evolución de una galaxia.
“La idea es tomar distintas poblaciones estelares y calcular diferencias químicas entre ellas. Usamos un algoritmo que toma esa información y, asumiendo un ancestro primordial común, empieza a construir una secuencia evolutiva”, explicó Brian Tapia Contreras.
El investigador destacó que “es un proceso basado únicamente en la información química: en ningún momento decimos que una estrella es más vieja que otra. Son los propios elementos los que van reconstruyendo una evolución temporal”.
Una galaxia virtual como laboratorio
Para comprobar el funcionamiento de la metodología, los científicos desarrollaron Origins, una simulación de una galaxia de disco similar a la Vía Láctea que evoluciona de manera aislada durante 3.500 millones de años.
El modelo permitió reproducir fenómenos como la gravedad, el comportamiento del gas y el nacimiento y evolución de nuevas estrellas, además de seguir detalladamente 22 isótopos químicos y observar cómo estos se distribuyen a través del tiempo.
La simulación utilizó infraestructura computacional disponible en Chile, incluyendo el clúster Geryon del CATA, empleado para desarrollar el código numérico, y el clúster Ladgerda, financiado por Fondecyt Regular y el Núcleo Milenio ERIS.
El método logró distinguir diferentes historias
Los investigadores analizaron posteriormente dos zonas de la galaxia simulada que presentaban características distintas.
En la región interior, influenciada por una barra galáctica que desplaza gas hacia el centro, los árboles filogenéticos revelaron una estructura química más compleja y poblaciones de estrellas antiguas asociadas a un periodo temprano e intenso de formación estelar.
En cambio, la zona exterior mostró una evolución más lineal y sostenida, relacionada con una actividad de formación estelar más constante en el tiempo.
Para Patricia Tissera, los resultados “demuestran que el método puede distinguir entre regiones con formación estelar violenta como el centro de una galaxia, y con una evolución más suave y constante, como en las regiones del disco, analizando únicamente la estructura del árbol filogenético resultante”.
El análisis también permitió identificar la huella química producida por la presencia de una barra galáctica sin incorporar información sobre posición, edad o dinámica de las estrellas.
“Esto puede convertirse en un método para confirmar o proponer estrellas que pudieron tener un origen distinto al de las demás”, explicó Tapia Contreras, apuntando a posibles aplicaciones en el estudio de cúmulos globulares o estrellas asociadas a antiguas fusiones galácticas.
Proyección ante el aumento de datos astronómicos
Los investigadores plantean que la filogenética galáctica puede complementar las técnicas actuales, especialmente porque no necesita disponer de estimaciones precisas de la edad de cada estrella y trabaja principalmente con sus abundancias químicas.
Esto podría adquirir mayor relevancia ante el volumen creciente de información generado por observatorios y proyectos astronómicos.
“Ante el crecimiento exponencial de datos provenientes de observatorios y proyectos como Gaia, MOONS, 4MOST y el ELT, la filogenética galáctica se perfila como una herramienta revolucionaria”, sostuvo Tissera.
Según la investigadora, la técnica “permite decodificar el ‘registro fósil’ de las galaxias utilizando únicamente información química”, un aspecto relevante considerando las dificultades existentes para determinar con precisión las edades estelares.
Próxima etapa: galaxias más complejas
Tras comprobar el funcionamiento de la metodología en un escenario simulado y controlado, el próximo desafío será probarla en modelos que incorporen poblaciones estelares con diferentes orígenes y fusiones de galaxias.
“La siguiente etapa será extender este enfoque a escenarios más complejos y cercanos a una galaxia real. El desafío será entender qué ocurre cuando se mezclan múltiples poblaciones estelares con orígenes distintos, asociadas principalmente a fusiones de galaxias ocurridas en diferentes momentos de su historia”, adelantó Tapia Contreras.
Para avanzar en esa dirección, el equipo proyecta utilizar simulaciones del proyecto CIELO, liderado por Patricia Tissera, con el objetivo de continuar evaluando y perfeccionando la técnica en escenarios más cercanos a la evolución de galaxias reales.
