A través de herramientas biológicas, la composición química de las estrellas puede actuar como un «ADN galáctico» y revelar los procesos que moldearon una galaxia a lo largo de miles de millones de años.
Una investigación en la que participan astrónomos del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines – CATA (proyecto financiado por ANID) adaptó métodos de la biología evolutiva para reconstruir el enriquecimiento químico de una galaxia a lo largo de su historia.
El estudio, publicado en Astronomy & Astrophysics, fue 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 Centro y académica del Instituto de Astrofísica de la UC. El equipo estuvo compuesto, además, por Emanuel Sillero, Investigador Postdoctoral de Fondecyt en la UC e investigador adscrito al CATA, y Paula Jofré, académica de la Universidad Diego Portales (UDP), entre otros investigadores. Este proyecto comenzó bajo el alero del Núcleo Milenio ERIS, liderado por Jofré y Tissera.
Filogenética galáctica: aplicando la biología al estudio del Universo
La filogenética es la disciplina que reconstruye las relaciones evolutivas entre las especies, hoy en día principalmente mediante la comparación de sus secuencias de ADN. Como éste se hereda de una generación a otra y acumula cambios con el tiempo, esas diferencias permiten trazar árboles evolutivos que muestran qué especies están más estrechamente emparentadas y cuáles comparten ancestros comunes más recientes.
Su adaptación al estudio de las galaxias dio origen a la “filogenética galáctica”, una metodología que propone a las abundancias químicas estelares como un “ADN galáctico”. Cada generación estelar enriquece el gas circundante con nuevos elementos químicos, principalmente mediante explosiones de supernovas y otros procesos de pérdida de masa. Las estrellas que se forman posteriormente a partir de ese gas incorporan en su composición la huella química de las generaciones anteriores. Analizando ese registro mediante este enfoque, se espera reconstruir la historia evolutiva de una galaxia.
Esquema que compara la filogenética biológica con la filogenética galáctica. Así como el ADN permite reconstruir la evolución de las especies, la composición química de las estrellas puede utilizarse para rastrear la historia evolutiva de las galaxias.
Brian Tapia Contreras explica que «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. Lo llamativo es 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 simulación para seguir la química estrella a estrella
Para poner a prueba esta idea, los investigadores diseñaron Origins, una simulación de una galaxia de disco similar a la Vía Láctea que evoluciona en aislamiento durante 3.500 millones de años. Este modelo reproduce los principales procesos físicos que moldean la evolución de una galaxia, como la gravedad, la física del gas y el nacimiento y desarrollo de nuevas estrellas, además de rastrear con gran detalle el origen y transporte de 22 isótopos químicos.
Esto permitió seguir cómo se enriquece de elementos químicos el medio interestelar y cómo diferentes procesos físicos modifican su distribución y abundancia, dejando sus huellas en la composición química de las estrellas.
La simulación se ejecutó usando recursos computacionales chilenos de alto rendimiento, entre ellos, el clúster Geryon del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA), que se empleó para el desarrollo del código numérico y el clúster Ladgerda, financiado por Fondecyt Regular y el Núcleo Milenio ERIS.
Los árboles filogenéticos recuperan historias evolutivas
El equipo aplicó el análisis filogenético a dos regiones de la galaxia simulada Origins con historias muy distintas: un anillo interior, donde una barra galáctica impulsa intensos flujos de gas hacia el centro, y un anillo exterior, dominado por los brazos espirales y caracterizado por una evolución química más pausada. Si la metodología funcionaba como se esperaba, debía ser capaz de distinguir ambas trayectorias evolutivas a partir de la información química contenida en las estrellas.
