19 de diciembre de 2012
Algunas personas, con 90 años, están en plena forma, mientras que otras están muy desmejoradas antes de llegar a los 50. Sabemos que el ritmo de envejecimiento está indirectamente relacionado con la edad real — y puede tener más que ver con su estilo de vida. Un nuevo estudio que ha utilizado el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros en el Observatorio La Silla de ESO y el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, revela que ocurre lo mismo con los cúmulos de estrellas.
Los cúmulos globulares son conjuntos esféricos de estrellas, muy unidas entre ellas por su gravedad mutua. Hay unos 150 cúmulos globulares en la Vía Láctea, reliquias de los primeros tiempos del universo, con edades típicas de 12–13 mil millones de años (el Big Bang tuvo lugar hace 13.700 millones de años), y que contienen muchas de las estrellas más viejas de nuestra galaxia.
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.
Enlaces
Artículo de investigación
Nota de prensa de Hubble
Esta es una traducción de la nota de prensa de ESO eso1252.
Imágenes
El cúmulo globular NGC 6388 observado por el Observatorio Europeo Austral
Esta imagen del telescopio MPG/ESO de 2,2 metros del Observatorio La Silla de ESO, en Chile, muestra NGC 6388, un cúmulo globular dinámico de edad media en la Vía Láctea. Pese a que el cúmulo se formó en el pasado distante (como todos los cúmulos globulares, tiene una edad de unos diez mil millones de años), un estudio de la distribución de estrellas azules rezagadas dentro del cúmulo muestra que ha envejecido a una velocidad moderada, y sus estrellas más pesadas están en pleno proceso de migración hacia el centro.
Un nuevo estudio que ha utilizado datos de ESO ha descubierto que cúmulos globulares de la misma edad pueden tener distribuciones de estrellas azules rezagadas totalmente distintas en su interior, sugiriendo que los cúmulos pueden envejecer a ritmos sustancialmente diferentes.
Crédito: ESO, F. Ferraro (University of Bologna) Imagen eso1252a
El cúmulo globular NGC 6388, observado por el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA
Esta imagen del telescopio espacial Hubble de NASA/ESA muestra NGC 6388, un cúmulo globular dinámico de edad media en la Vía Láctea. Pese a que el cúmulo se formó en el pasado distante (como todos los cúmulos globulares, tiene una edad de unos diez mil millones de años), un estudio de la distribución de estrellas azules rezagadas dentro del cúmulo muestra que ha envejecido a una velocidad moderada, y sus estrellas más pesadas están en pleno proceso de migración hacia el centro.
Un nuevo estudio que ha utilizado datos del Hubble ha descubierto que cúmulos globulares de la misma edad pueden tener distribuciones de estrellas azules rezagadas totalmente distintas en su interior, sugiriendo que los cúmulos pueden envejecer a ritmos sustancialmente diferentes.
Crédito: NASA, ESA, F. Ferraro (University of Bologna) Imagen eso1252b
NGC 6388 vista desde la tierra y desde el espacio
Esta imagen muestra observaciones del telescopio espacial Hubble (a la izquierda) y de telescopios basados en tierra (derecha) del cúmulo globular NGC 6388. Hubble proporciona una imagen más detallada que permite a los científicos resolver estrellas del mismo centro del cúmulo, mientras que la imagen del telescopio MPG/ESO de 2,2 metros del Observatorio La Silla de ESO ofrece una imagen más amplia que abarca las regiones exteriores del cúmulo.
Crédito: NASA, ESA, ESO, F. Ferraro (University of Bologna) Imagen eso1252c
Cúmulos globulares vistos desde el Hubble y desde tierra
Este collage muestra un conjunto de cúmulos globulares, que fueron estudiados utilizando el Hubble y el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros del Observatorio La Silla de ESO, en Chile. Los datos muestran que, pese a que se formaron todos aproximadamente al mismo tiempo, los cúmulos han envejecido a ritmos radicalmente distintos, con las estrellas más pesadas precipitándose hacia el centro de los cúmulos en un proceso similar a la sedimentación.
Fila superior: Messier 4 (ESO), Omega Centauri (ESO), Messier 80 (Hubble)
Fila intermedia: Messier 53 (Hubble), NGC 6752 (Hubble), Messier 13 (Hubble)
Fila inferior: Messier 4 (Hubble), NGC 288 (Hubble), 47 Tucanae (Hubble)
Crédito:
M 4: ESO.
Omega Cen: ESO/INAF-VST/OmegaCAM.
M 80: The Hubble Heritage Team (AURA/STScI/NASA/ESA).
M 53: ESA/Hubble & NASA.
NGC 6752: ESA/Hubble & NASA.
M 13: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA).
M 4: ESA/Hubble & NASA.
NGC 288: ESA/Hubble & NASA.
47 Tuc: NASA, ESA, and G. Meylan (École Polytechnique Federale de Lausanne).
Imagen eso1252d
Videos
Evolución de los cúmulos globulares
Este vídeo muestra el movimiento de las estrellas rezagadas azules en cúmulos globulares a lo largo del tiempo. Las estrellas rezagadas azules son estrellas azules y brillantes con una cantidad de masa mayor de lo normal en un cúmulo, y se supone que, con el paso del tiempo, acaban precipitándose hacia el centro del cúmulo de estrellas. Las más cercanas al núcleo del cúmulo son las primeras en moverse hacia el interior, y las azules rezagadas más separadas van acercándose progresivamente hacia el centro.
Un nuevo estudio, que ha utilizado el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA y el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros, ha descubierto que no todos los cúmulos globulares evolucionan al mismo ritmo. Pese a que se formaron todos aproximadamente al mismo tiempo (hace unos diez mil millones de años), la distribución estelar en el interior de algunas de ellas sigue siendo juvenil, con estrellas azules rezagadas repartidas por todo el cúmulo. Otras han envejecido prematuramente, y todas las estrellas se encuentran en el centro.
Crédito: ESO/NASA/ESA, L. Calçada, F. Ferraro (University of Bologna) Video eso1252a
