20 de noviembre de 2014

Problemas en los cúmulos globulares

Los cúmulos globulares, esas grandes bolas de estrellas que orbitan las galaxias, representan uno de los mayores misterios que nos presenta el universo. Antes se pensaba que estaban formados por una misma población de estrellas, pero tras varias investigaciones se demostro que, al menos, están formados por dos poblaciones, una más envejecida y otra más joven y contaminada de elementos químicos más pesados.

Al analizar cúmulos globulares de nuestra galaxia se vio que la población de estrellas de primera generación supone casi la mitad de la población total, mientras que las restantes, más jóvenes, muestran una concentración de nitrógeno entre 50 y 100 veces superior a las estrellas más antiguas.

Sucede también que la población de estrellas de segunda generación es mayor de lo esperado, pudiéndose explicar esto a través de una expulsión de las estrellas más antiguas, reduciéndose así el número de estrellas de primera generación y aumentando por lo tanto el porcentaje de estrellas más jóvenes.

Esta explicación tendría sentido en cúmulos globulares de la Vía Láctea, donde las estrellas expulsadas podrían pasar fácilmente desapercibidas junto a otras estrellas envejecidas ubicadas en el halo galáctico. Fuera de la Vía Láctea esta teoría no tiene sentido debido a recientes observaciones realizadas por un equipo de astrónomos.

Mirando a la vecina

El equipo, liderado por Søren Larsen de la Radboud Universiteit en Nijmegen (Holanda), usó la WFC3 (Wide Field Camera 3) a bordo del Hubble para observar cuatro cúmulos globulares en una pequeña galaxia cercana llamada Galaxia Enana de Fornax capturada por la gravedad de la Vía Láctea siendo ahora un satélite de la nuestra.

Imagen 1: Aspecto de la Galaxia Enana de Fornax. Créditos: ESO/Digitized Sky Survey 2.

"Para probar nuestras teorías sobre cómo se forman estos cúmulos necesitábamos saber qué ocurría en otros entornos", explica Larsen. "Hasta ahora no sabíamos si los cúmulos globulares en galaxias más pequeñas tenían múltiples generaciones de estrellas, y nuestras observaciones muestran claramente que sí", añade.

Las detalladas observaciones de los cúmulos Fornax 1, 2, 3 y 5 mostraron esa segunda generación de estrellas contaminadas. Cuantitativamente Fornax 1, 3 y 5 presentaban aproximadamente un 40% de estrellas de primera generación y un 60% de estrellas contaminadas de segunda. Por otro lado, Fornax 2 contaba con un 60% de estrellas de primera generación frente a un 40% de estrellas más jóvenes.

Imagen 2: Detalle de los cuatro cúmulos globulares analizados por el Hubble. Créditos: NASA, ESA, S. Larsen (Radboud Universiteit, Holanda).

En cuanto a la cantidad de nitrógeno presente en las estrellas contaminadas de los cúmulos de Fornax, apreciaron que cerca de la mitad de las estrellas están contaminadas en los mismos niveles que se encuentran en nuestra Vía Láctea. Con estos datos, significa que la formación de cúmulos globulares en Fornax sigue el mismo proceso que en la Vía Láctea. 

El problema está en la masa

Ahora bien, si nos basamos en el número de estrellas contaminadas de estos cúmulos, antes de expulsar a sus estrellas de primera generación tendrían que haber sido hasta diez veces más masivos. Pero, a diferencia de la Vía Láctea, la Galaxia Enana de Fornax no tiene suficientes estrellas viejas como para pensar que fueron expulsadas de los cúmulos. ¿Por qué? Frank Grundahl de la Aarhus University (Dinamarca), co-autor del artículo, lo explica: "Si las estrellas expulsadas del cúmulo estuvieran allí, las veríamos, pero no las vemos. Nuestra mejor teoría es errónea porque no hay ningún lugar en Fornax donde se pudieran haber ocultado estas estrellas expulsadas".

Este hallazgo significa que una teoría principal sobre cómo se formaron estos cúmulos globulares generación mixta no es correcta y los astrónomos tendrán que darle vueltas a la cabeza para intentar comprender qué sucede con estas grandes agrupaciones de estrellas. Y tendrán que investigar tanto dentro de nuestra galaxia como fuera de ella.
Esta investigación ha sido publicada en la revista The Astrophysical Journal del 20 de noviembre bajo el título "Nitrogen abundances and multiple stellar populations in the globular clusters of the Fornax DSPH", por S. Larsen et al.

El equipo internacional de astrónomos que ha realizado el estudio está compuesto por S. Larsen (Radboud University, Holanda), J. P Brodie (University of California, Estados Unidos), F. Grundahl (Aarhus University, Dinamarca) y J. Strader (Michigan State University, Estados Unidos).
Artículo científico: 

Nota de prensa: 

Referencias:

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