Pero, pese a que se trata de estrellas viejas y cúmulos que se formaron en el pasado distante, astrónomos que han utilizado el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros y el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, han descubierto que algunos de estos cúmulos permanecen con un espíritu joven. Esta investigación se presenta en el número de la revista Nature del 20 de diciembre de 2012.
“Pese a que todos estos cúmulos se formaron hace miles de millones de años”, indica Francesco Ferraro (Universidad de Bolonia, Italia), investigador principal del equipo que ha hecho el descubrimiento, “nos preguntábamos si algunas podían envejecer más rápido o de forma más lenta que otras. Estudiando la distribución de un tipo de estrellas azules existentes en los cúmulos, descubrimos que, de hecho, algunos cúmulos habían evolucionado mucho más rápido a lo largo de sus vidas, y desarrollamos una manera de clasificar este envejecimiento”.
Los cúmulos estelares se forman en un corto periodo de tiempo, lo cual significa que todas las estrellas en su interior tienden a tener aproximadamente la misma edad. Dado que las estrellas brillantes de mucha masa queman su combustible de forma muy rápida, y dado que los cúmulos globulares son muy viejos, solo debería haber estrellas de baja masa brillando en su interior.
Sin embargo, este no parece ser el caso: bajo ciertas circunstancias, las estrellas pueden recibir un nuevo soplo de vida, obteniendo combustible extra que las alimenta de nuevo y las hace brillar considerablemente. Esto puede ocurrir si una estrella atrae material de otra estrella vecina a medida que dos estrellas se fusionan, o si colisionan. Las estrellas revigorizadas son denominadas azules rezagadas [1], y su alta masa y brillo son las propiedades que han dado fundamento a este estudio.
Las estrellas más pesadas se precipitan hacia el centro del cúmulo a medida que este envejece, en un proceso similar a la sedimentación. Las elevadas masas de las azules rezagadas dan a entender que se ven fuertemente afectadas por este procesos, mientras que su brillo las hace relativamente fáciles de observar [2].
Para comprender mejor el envejecimiento de los cúmulos, el equipo localizó la ubicación de estrellas azules rezagadas en 21 cúmulos globulares, tal y como puede apreciarse en imágenes obtenidas por el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros y el Hubble, entre otros observatorios [3]. El telescopio espacial Hubble proporcionó imágenes de muy alta resolución de los atestados centros de 20 de los cúmulos, mientras que las imágenes obtenidas con instalaciones basadas en tierra ofrecieron una visión más amplia de sus regiones exteriores, menos abarrotadas.
Analizando los datos observacionales, el equipo descubrió que unos pocos cúmulos parecían jóvenes, con estrellas azules rezagadas distribuidas por todo el cúmulo, mientras que un grupo más numeroso era viejo, con las azules rezagadas agrupadas en el centro. Un tercer grupo se encontraba en pleno proceso de envejecimiento, con las estrellas más cercanas al centro migrando hacia el interior en primer lugar, mientras que las estrellas más alejadas se acercaban progresivamente al centro.
“Dado que estos cúmulos se formaron todos aproximadamente al mismo tiempo, esto revela grandes diferencias en la velocidad de evolución de cúmulo a cúmulo”, afirma Barbara Lanzoni (Universidad de Bolonia, Italia), coautora del estudio. “En el caso de los cúmulos que envejecen rápido, creemos que el proceso de sedimentación puede completarse en el plazo de unos cuantos cientos de millones de años, mientras que para los más lentos llevaría varias veces la edad actual del universo”.
A medida que las estrellas más pesadas del cúmulo se precipitan hacia el centro, el cúmulo puede experimentar un fenómeno llamado colapso central, en el cual el centro del cúmulo se apiña de un modo extremadamente denso. Los procesos que llevan hacia este colapso central son bien conocidos, y están relacionados con el número, la densidad y la velocidad de movimiento de las estrellas [4]. Sin embargo, hasta ahora se desconocía la tasa de este fenómeno [5]. Este estudio proporciona la primera evidencia empírica de a qué velocidad envejecen diferentes cúmulos.
Notas
[1] Las azules rezagadas se llaman así por su color azul y por el hecho de que su evolución se retrasa con respecto a la de sus vecinas.
[2] Las azules rezagadas son relativamente brillantes y masivas según los estándares de las estrellas pertenecientes a un cúmulo globular, pero no son las únicas estrellas de estos cúmulos que son también masivas y brillantes.
Las estrellas gigantes rojas son más brillantes, pero tienen mucha menos masa, y por tanto no se ven afectadas por los procesos de sedimentación del mismo modo. (Es fácil distinguirlas de las azules rezagadas porque su color es muy diferente).
Las estrellas de neutrones, los núcleos extremadamente densos de estrellas mucho más grandes que nuestro Sol que explotaron miles de millones de años atrás, en las primeras etapas de los cúmulos globulares, tienen una masa similar a la de las rezagadas azules, y se ven afectadas por el proceso de sedimentación, pero son increíblemente difíciles de observar y, por tanto, no resultan muy útiles para este estudio.
Las rezagadas azules son las únicas estrellas del interior de los cúmulos que combinan una gran cantidad de masa con un elevado brillo.
[3] De los 21 cúmulos estudiados en esta investigación, 20 fueron estudiados con el Hubble, 12 con el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros, ocho con el telescopio Canadá-Francia-Hawaii y una con el telescopio Subaru de NAOJ.
[4] El número de estrellas y sus densidades dentro de un cúmulo es relativamente fácil de medir, pero no así sus velocidades. Por este motivo, estudios previos de la evolución de cúmulos globulares se han basado en modelos teóricos más que en datos empíricos.
[5] Esta tasa depende, de un modo complejo, del número de estrellas, su densidad y su velocidad dentro de un cúmulo. Mientras que las dos primeras cantidades son relativamente fáciles de medir, no ocurre lo mismo con la velocidad. Por este motivo, estimaciones previas de la tasa de envejecimiento dinámico de los cúmulos globulares se basaban solo en argumentos teóricos, mientras que el nuevo método permite una medida totalmente empírica.
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