13 de mayo de 2015

El lado oscuro de los cúmulos

Los cúmulos globulares son bolas de estrellas que orbitan a la mayoría de las galaxias. Son estrellas muy viejas ya que han vivido todo el proceso de crecimiento y evolución de la galaxia y son de los sistemas estelares más antiguos que podemos observar en el universo. Ahora, un nuevo estudio liderado por Matt Taylor de la Pontificia Universidad Católica de Chile ha puesto de manifiesto que estas agrupaciones de estrellas no son tan fáciles de comprender como se pensaba.

"Los cúmulos globulares y sus estrellas son claves para entender la formación y evolución de las galaxias. Durante décadas, los astrónomos han creído que las estrellas que componen un determinado cúmulo globular compartían la misma composición química y tenían la misma edad, pero ahora sabemos que son criaturas más extrañas y complicadas de lo que parecían", explica Taylor.

Imagen 1: Aspecto de la galaxia gigante Centaurus A (NGC 5128). Créditos: ESO/Digitized Sky Survey. Agradecimientos: Davide de Martin.

Para estudiar estos objetos Taylor y su equipo se han centrado en la galaxia gigante más cercana a la nuestra: Centaurus A, galaxia que alberga unos 2.000 cúmulos globulares, muchos de ellos más masivos y brillantes que los 150 (aprox.) que orbitan la Vía Láctea. Y de todos los cúmulos que rodean a la gigante, se han muestreado 125 de ellos con el instrumento FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph), instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO en Chile. Con los datos obtenidos dedujeron la masa de los cúmulos y compararon este resultado con el brillo de cada uno de ellos.

Obtener la masa del cúmulo

¿Cómo se calcula la masa de un cúmulo que está alejado de nosotros unos 12 millones de años luz? Gracias a que FLAMES proporciona información sobre los movimientos de las estrellas en los cúmulos, y que este movimiento depende de la fuerza del campo gravitatorio, podemos usar estos valores para deducir la masa. A esto los astrónomos lo conocen como masa dinámica.

Imagen 2: Cúmulo globular Messier 13 en la constelación de Hércules, tal vez el cúmulo más famoso que existe: Créditos: Hubble Space Telescope (NASA/ESA).

Con los datos en la mano se vio que los cúmulos mas brillantes tenían más masa de la esperada, y lo extraño en algunos de ellos era que eran muchas veces más masivos de lo esperado. Y ahí no queda la cosa... A mayor masa, mayor cantidad de "algo" que no eran capaces de observar. ¿Qué era?

El misterio de los cúmulos

Había varias posibles respuestas ante la pregunta de qué coexistía con las estrellas de estos cúmulos globulares masivos. Una opción podrían ser agujeros negros, lo que explicaría parte de la masa oculta, pero quedarían cabos sueltos. Otra opción sería materia oscura, pero se considera que los cúmulos globulares están desprovistos de este tipo de materia, pero quizás, por alguna razón desconocida han conservado materia oscura en sus núcleos, lo que explicaría las observaciones, pero sin encajar en la teoría convencional de los cúmulos globulares.

"Nuestro descubrimiento de cúmulos estelares con masas inesperadamente altas para la cantidad de estrellas que contienen sugiere que puede haber múltiples familias de cúmulos globulares, con diferentes historias de formación. Aparentemente, algunos cúmulos estelares tienen toda la pinta de ser cúmulos globulares del montón, pero, en este caso, las apariencias engañan, y es posible que haya gato encerrado", explica Thomas Puzia, coautor del artículo.

Imagen 3: Cúmulos oscuros en Centaurus A (en rojo) junto a cúmulos normales (en azul) y cúmulos con propiedades similares a los de galaxias enanas (en verde). Créditos: ESO/Digitized Sky Survey. Agradecimientos: Davide de Martin.

Parece ser que estos cúmulos son más misteriosos de lo que parecía, y para ir arrojando luz sobre la realidad de estos objetos el equipo también participa en un estudio más amplio de otros cúmulos globulares en otras galaxias, aportando algunas pistas intrigantes que indican que dichos "cúmulos oscuros" también se pueden encontrar en otros lugares.

"Nos hemos tropezado con una clase nueva y misteriosa de cúmulo estelar. Esto demuestra que todavía tenemos mucho que aprender sobre todos los aspectos relacionados con la formación de cúmulos globulares. Es un resultado importante y ahora tenemos que encontrar más ejemplos de cúmulos oscuros alrededor de otras galaxias", concluye Taylor.
Esta investigación se ha presentado en la revista Astrophysical Journal bajo el título “Observational evidence for a dark side to NGC 5128’s globular cluster system”, por M. Taylor et al.

El equipo que ha llevado a cabo la investigacion está formado por Matthew A. Taylor (Pontificia Universidad Catolica de Chile, Chile; ESO, Chile), Thomas H. Puzia (Pontificia Universidad Catolica de Chile, Chile), Matias Gomez (Universidad Andres Bello, Chile) y Kristin A. Woodley (University of California, Estados Unidos).
Artículo científico:

Las imágenes 1 y 3 son una composición con los siguientes filtros obtenida a través del Digitized Sky Survey 2 y el instrumento WFI (Wide Field Image) instalado en el MPG/ESO 2.2-metre telescope:
- Filtro Óptico en banda R del DSS2.
- Filtro Óptico en banda B del DSS2.
- Filtro Infrarrojo en banda I del DSS2.
- Filtro Óptico en banda B (456 mm) del WFI.
- Filtro Óptico en banda V (539 mm) del WFI.
- Filtro Óptico en banda R (651 mm) del WFI.
- Filtro Óptico en banda H-alpha (658 mm) del WFI.
- Filtro Óptico en banda [OIII] (502 mm) del WFI.

Referencias:

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