El centro de la Vía Láctea es el núcleo galáctico más cercano a la Tierra y el único en el que es posible observar estrellas individuales con gran precisión. Situado a solo 26000 años luz, constituye un modelo fundamental para entender cómo funcionan los centros de las galaxias y cómo pueden influir en la evolución de las mismas. El núcleo de nuestra Galaxia es una región extrema dominada por altas densidades estelares, la presencia de fuertes campos magnéticos, intensas fuerzas de marea y una alta temperatura del medio interestelar. Además del agujero negro supermasivo, Sagitario A*, el centro galáctico está formado por dos componentes estelares fundamentales. En primer lugar, la región central se halla dominada por un cúmulo con una masa de varias decenas de millones de soles y un radio de unos quince años luz, conocido como cúmulo nuclear estelar. Además, rodeando a este cúmulo se encuentra una estructura estelar aplanada, el disco estelar nuclear, que se extiende aproximadamente unos mil años luz y contiene una masa de más de mil millones de masas solares.
El centro de la galaxia ha sido recientemente foco de gran interés gracias a la observación del horizonte de sucesos de Sagitario A* por el Telescopio de Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés). Además, el descubrimiento de la presencia de un agujero negro supermasivo en el corazón de la Vía Láctea fue galardonado con el premio Nobel de física en 2020, concedido a Andrea M. Ghez y Reinhard Genzel. Sin embargo, más allá de Sagitario A* hay toda una población de estrellas que se extiende desde sus proximidades hasta varios cientos de años luz a su alrededor. La caracterización de estas estrellas es fundamental para la astrofísica. Entender la estructura estelar del núcleo de la Galaxia nos ayuda, además, a conocer su relación con otras componentes galácticas tales como la barra, el disco o el halo. En particular, la relación del núcleo con la barra galáctica es de especial importancia puesto que esta permite el transporte de gas hacia las regiones centrales. Así, influye en la formación estelar y el crecimiento de las estructuras internas, por lo que el análisis del centro galáctico aporta información esencial acerca del crecimiento y la formación de la barra.
Sin embargo, existen importantes desafíos observacionales que complican el estudio de las estrellas en el centro galáctico. En primer lugar, la presencia de una enorme cantidad de estrellas provoca que resulte muy difícil distinguir unas de otras. De esta manera, incluso con grandes telescopios con espejos de diez metros de diámetro, únicamente somos capaces de observar las estrellas más brillantes, que solo constituyen la punta del iceberg de la población estelar. Además, el estudio del núcleo de la galaxia desde dentro de la misma es un gran problema. En este sentido, las observaciones del centro galáctico también contienen una gran cantidad de estrellas que no pertenecen al núcleo, sino a otras componentes como el disco o la barra que se hallan en la línea de visión desde la Tierra al centro de la Galaxia. Distinguir, entonces, cuáles de las estrellas pertenecen realmente al centro galáctico resulta complejo. Finalmente, la luz emitida por las estrellas atraviesa el disco galáctico para poder llegar hasta nosotros, y es rápidamente dispersada por el polvo y el gas intergaláctico situado en el plano de la Galaxia. De esta manera, la observación de las estrellas queda restringida al rango infrarrojo del espectro, donde la pérdida de luz es menor. 
La pérdida de luz, o extinción, constituye un problema significativo. El hecho de que las observaciones de la población estelar del núcleo de la Galaxia estén limitadas al rango infrarrojo supone un reto que dificulta enormemente la determinación de las propiedades básicas de las estrellas observadas, tales como su temperatura, su edad, o la proporción de metales, o elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, en su composición. Las técnicas estándar, que se sirven del rango visible del espectro y son ampliamente utilizadas para caracterizar las poblaciones estelares de otras regiones de la Galaxia, no son aplicables para el estudio de su núcleo. Así, por ejemplo, si observáramos el centro galáctico directamente con nuestros ojos a través de un potente telescopio, no podríamos ver ninguna estrella que realmente perteneciera al centro de la Galaxia. Solamente alcanzaríamos a ver estrellas cercanas a la Tierra, para las que la extinción no es demasiado alta y la luz en el visible es capaz de llegar hasta nosotros.
Por otra parte, los estudios espectroscópicos de un número significativo de estrellas en esta región de la Galaxia resultan prohibitivos en términos de tiempo de observación y no es posible su desarrollo, salvo para pequeñas regiones que resulten de especial interés. De esta manera, el estudio de la población estelar queda en general limitada a la luz integrada (fotometría) en determinadas bandas en el infrarrojo, que recibimos de cada una de las estrellas que se detectan.

EL PROYECTO GALACTICNUCLEUS
Hasta hace muy poco, solamente regiones pequeñas y de alto interés en el centro de la Galaxia habían sido analizadas en detalle. Así, menos del 1% de su superficie total había sido estudiada con la resolución necesaria para caracterizar las estrellas presentes. En 2019, y bajo el liderazgo del Instituto de Astrofísica de Andalucía (investigador principal R. Schödel), se publicó el catálogo estelar fotométrico más completo del centro de la Galaxia en el infrarrojo cercano. Este catálogo, llamado GALACTICNUCLEUS, constituye un gran esfuerzo para caracterizar la población estelar del centro galáctico utilizando longitudes de onda dominadas por la emisión de las estrellas y donde la extinción es menos importante. GALACTICNUCLEUS se diseñó especialmente para la observación del núcleo de la Galaxia teniendo en cuenta las limitaciones observacionales y empleando técnicas para minimizarlas y poder observar el mayor número de estrellas posible en esta complicada región. El catálogo contiene fotometría precisa para más de tres millones de estrellas. Sus imágenes alcanzan una alta resolución angular (equivalente a la nitidez de las imágenes), que mejora en más de tres veces la resolución angular de cualquier catálogo previo. La resolución lograda es equivalente a poder ver un balón de fútbol en Sevilla desde Granada. De esta forma, GALACTICNUCLEUS constituye a día de hoy una herramienta fundamental para entender el centro de la Galaxia, permitiendo obtener una visión general de la población estelar de sus estructuras internas. Concretamente, una de las preguntas abiertas que se han podido abordar gracias a la existencia de este catálogo se relaciona con la importante presencia de estrellas jóvenes en el centro galáctico.

UNA FÁBRICA DE ESTRELLAS JÓVENES

Teniendo en cuenta su pequeño volumen (menos del 1% del volumen total de la Galaxia), el centro galáctico es la región de formación estelar más prolífica de la Vía Láctea (actualmente se forman en él alrededor de 0.1 masas solares por año). Además, la cantidad de estrellas formadas por año parece haber variado mucho, alcanzando valores mucho más elevados en el pasado reciente. Gracias a medidas indirectas, como la emisión de luz integrada o la presencia de determinadas estrellas que indican formación estelar reciente, sabemos que el centro de la Galaxia contiene varios cientos de miles de masas solares de estrellas jóvenes, con edades comprendidas entre cero y varios millones de años. Sin embargo, debido a las dificultades observacionales, no ha sido aún posible distinguir estas estrellas jóvenes del resto de estrellas viejas, que dominan la región. Solamente se conocen dos cúmulos jóvenes masivos (Arches y Quintuplet), que poseen una masa de alrededor de diez mil masas solares cada uno. Además, se han detectado varias decenas de estrellas jóvenes que no parecen estar asociadas con ningún cúmulo joven. Esto plantea un importante problema. ¿Dónde están las estrellas jóvenes del centro de la Galaxia? 

LA PISTA DE SAGITARIO B1

Una región de particular interés en el centro galáctico es Sagitario B1. Caracterizada por una intensa emisión de hidrógeno ionizado, la presencia de seis estrellas jóvenes conocidas y un remanente de supernova cercano, contiene los ingredientes fundamentales que apuntan hacia la posible presencia de estrellas jóvenes en su interior. Así, nos decidimos a caracterizar la población estelar presente en esta región en un estudio recientemente publicado en Nature Astronomy. Para ello, utilizamos los datos disponibles en el catálogo GALACTICNUCLEUS de la región en cuestión. 
El análisis consistió en el estudio de la luz integrada de las estrellas situadas en Sagitario B1, para compararla con modelos teóricos que nos permitieran determinar la presencia de poblaciones estelares con distintas edades en la región. Nuestro estudio indicó la presencia de una importante cantidad de estrellas jóvenes (con edades menores de sesenta millones de años) en Sagitario B1, cuya masa estimamos en varios cientos de miles de masas solares. Para contrastar nuestros resultados, llevamos a cabo un estudio similar en un campo control suficientemente alejado de la región objetivo, pero dentro del disco estelar nuclear. La presencia de estrellas jóvenes en la región control fue aproximadamente seis veces menor que en Sagitario B1, indicando que Sagitario B1 posee una extraordinaria cantidad de estrellas jóvenes en relación a otras regiones del centro de la Galaxia. 
Además, realizamos un estudio pormenorizado de una región central dentro de Sagitario B1, en la que la emisión de gas ionizado (probablemente debido a la presencia de estrellas jóvenes), es especialmente intensa. Aplicando la misma técnica, obtuvimos que esta región, de apenas 20 x 20 años luz, contiene aproximadamente cien mil masas solares de estrellas jóvenes, cuyas edades estimamos comprendidas entre cinco y diez millones de años. Esto supone una alta concentración de estrellas jóvenes en un espacio relativamente pequeño, lo que nos informa acerca del proceso de formación estelar en el centro de la Galaxia, y nos indica que las estrellas jóvenes desaparecidas pueden encontrarse en Sagitario B1 y otras regiones similares.

HACIA UN NUEVO MODELO DE FORMACIÓN ESTELAR EN EL CENTRO DE LA GALAXIA

Hasta hace relativamente poco tiempo, se aceptaba en general que las estrellas se formaban en cúmulos a partir de una nube de gas molecular. Sin embargo, recientemente se ha descubierto que las estrellas no solamente se forman en cúmulos densos, sino que tienden a formarse en asociaciones estelares que no están necesariamente ligadas gravitacionalmente. En este escenario, las asociaciones estelares pueden contener cúmulos y, además, estrellas que no estén vinculadas gravitatoriamente con ellos. Nuestros resultados apoyan este mecanismo en el centro galáctico. 
De acuerdo con estudios teóricos, el límite superior para la masa de un cúmulo formado en el centro galáctico es aproximadamente diez mil masas solares, lo que se corresponde con las masas de los dos cúmulos jóvenes que se conocen actualmente (Arches y Quintuplet). Además, el estudio de regiones conocidas de formación estelar actual en el centro galáctico sugiere que alrededor de un 40% de las estrellas se forman en cúmulos ligados gravitacionalmente. De esta manera, dada la masa de estrellas jóvenes que detectamos en Sagitario B1 (equivalente a alrededor de diez cúmulos como Arches o Quintuplet), al menos parte de las estrellas deberían formar parte de cúmulos. Sin embargo, si estos cúmulos estuvieran presentes, esperaríamos medir altas densidades de estrellas en regiones muy concretas que indicaran su presencia. Analizado la distribución de las estrellas, no encontramos evidencia de estos posibles excesos de estrellas. ¿Cómo puede ser? ¿Por qué no los detectamos?

LA VIDA DE UNA ESTRELLA EN EL CENTRO GALÁCTICO

Desde su formación a partir del gas molecular, las estrellas del centro galáctico no tienen una vida sencilla. El sistema en el que se forman se encuentra rotando alrededor del agujero negro supermasivo y la mayoría, situada en el disco nuclear estelar, tarda aproximadamente cinco millones de años en completar una vuelta completa alrededor del núcleo. En ese tiempo se encuentran con muchas otras estrellas y, lo que es más importante, con grandes nubes densas de gas que provocan que las estrellas que originalmente se formaron relativamente cerca unas de otras, se vayan alejando y vayan cambiando ligeramente sus movimientos. De esta forma, tras unas pocas vueltas, las estrellas se van dispersando y, a pesar de haberse podido originar como parte de un cúmulo denso, se van separando poco a poco hasta que no es posible detectar el cúmulo debido a la alta densidad de estrellas, normalmente más viejas, que lo rodean.
La edad de las estrellas jóvenes detectadas en las Sagitario B1 supone que estas han tenido tiempo para dar, al menos, una o dos vueltas alrededor del centro de la Galaxia. Por lo tanto, estas estrellas no se han formado en la región en las que hoy las vemos, sino que se formaron hace cinco o diez millones de años y se han ido moviendo, rotando alrededor del centro galáctico. Así, nuestros resultados nos ayudan a tener una estimación acerca del tiempo de dispersión de los cúmulos y las asociaciones estelares desde que se forman en el centro de la Galaxia. Dada la edad de las estrellas jóvenes que detectamos, sabemos que pasados unos cinco o diez millones de años desde su formación, no es posible distinguir la presencia de cúmulos estelares jóvenes en el centro de la Galaxia, debido a la rápida dispersión de sus estrellas. Esta es otra de las causas por las que aún, a día de hoy, parte de las estrellas jóvenes siguen perdidas en el centro de la Galaxia.

¿DÓNDE ESTÁN LAS ESTRELLAS JÓVENES?

Nuestro estudio ha permitido encontrar una población importante de estrellas jóvenes que nos ayuda a comprender el problema de las estrellas perdidas en el centro galáctico. Pero, lo que es más importante, ha arrojado luz acerca del proceso de formación de las estrellas como asociaciones estelares, y no solo cúmulos, y nos ha ayudado a entender la dispersión de estas estructuras a lo largo del tiempo mientras que orbitan el núcleo de la Galaxia. Nuestros resultados sugieren que hay más regiones ocultas, similares a Sagitario B1, que contienen el resto de estrellas jóvenes que están esperando a ser descubiertas. El desarrollo de nuevos instrumentos de observación y de telescopios más potentes será fundamental para completar esta búsqueda de las estrellas jóvenes y poder tener una visión general de la formación estelar en la región más extrema de toda la Vía Láctea.