Envejecimiento de una bandada de estrellas en el Cúmulo del Pato Salvaje

Una imagen del grupo de patos salvajes fue capturada por el telescopio MPG / ESO de 2,2 metros en el Observatorio La Silla en Chile. Las estrellas azules en el centro de la imagen son las estrellas del cúmulo. Cada estrella en el Wild Duck Cluster tiene aproximadamente 250 millones de años. Más viejas, más rojas estrellas rodean el cúmulo. (Imagen: Observatorio Europeo del Sur ESO)

La forma en que se mueven desmiente la verdadera edad de las casi 3.000 estrellas que pueblan uno de los cúmulos de estrellas más ricos que se conocen. Los astrónomos descubrieron recientemente que todas las estrellas nacieron en la misma generación, resolviendo un viejo enigma sobre cómo evolucionan las estrellas. 

¿Los cúmulos de estrellas albergan muchas generaciones de estrellas o solo una? Los científicos han buscado una respuesta durante mucho tiempo y, gracias al Telescopio MMT de la Universidad de Arizona (31.688873, -110.885143), encontraron una en el Cúmulo del Pato Salvaje, en donde las estrellas giran a diferentes velocidades, disfrazando su edad común. 

En una asociación entre la UA y el Instituto Coreano de Astronomía y Ciencia Espacial, un equipo de astrónomos coreanos y belgas usó instrumentos de la UA para resolver un enigma sobre bandadas de estrellas llamadas cúmulos abiertos. 

Los astrónomos han creído durante mucho tiempo que muchos cúmulos abiertos consisten en una sola generación de estrellas porque una vez que las estrellas se han formado, su radiación elimina el material cercano necesario para crear nuevas estrellas. Pero en el Grupo del Patos Salvaje, conocido por los científicos como Messier 11 o M11, las estrellas del mismo brillo aparecen en diferentes colores, lo que sugiere que son de diferentes edades. A menos que los científicos hubieran pasado por alto pistas importantes sobre la evolución estelar, tenía que haber otra explicación para la propagación de colores en esta acumulación de aproximadamente 2.900 estrellas. 

El telescopio MMT se encuentra en Mount Hopkins, a 60 kilómetros al sur de Tucson. Cuando se completó el telescopio en 1979, se lo llamó telescopio de espejo múltiple, ya que estaba compuesto por seis espejos más pequeños. Los espejos más pequeños fueron reemplazados por un solo espejo de 6,5 metros en 2000, pero se mantuvo el nombre MMT. (Foto: Howard Lester)

"Los astrónomos han estado trabajando en esta cuestión durante décadas", dijo Serena Kim, astrónoma asociada del Observatorio Steward de la UA. "¿Se forman los grupos en una generación o en varias generaciones? Nuestro estudio respondió esta pregunta para el grupo de pato salvaje". 

Beomdu Lim, de la Universidad Kyung Hee, dirigió un equipo internacional de astrónomos que utilizaron el telescopio MMT, operado conjuntamente por la UA y el Observatorio Astrofísico Smithsoniano, para estudiar el grupo. En un estudio publicado en Nature Astronomy , el equipo descubrió que no son las edades de las estrellas lo que hace que aparezcan en una extensión de color: es su rotación. 

Los cúmulos abiertos contienen miles de estrellas que, según la hipótesis de los astrónomos, se formaron a partir de las mismas nubes gigantes de gas. Estas estrellas vienen en todos los tamaños, desde estrellas azules gigantes de corta duración, docenas de veces más masivas que nuestro sol, hasta enanos de baja masa de larga vida que se quemarán durante 10 mil millones de años o más. El brillo y el color de cada estrella cambian a medida que envejece, lo que permite a los científicos determinar su edad. 

Una gráfica que compara el brillo (en el eje y) con el color (en el eje x) de estrellas de 250 millones de años en el cúmulo de patos silvestres. Los puntos azules indican estrellas individuales. Las estrellas más azules están en el lado izquierdo, y las estrellas más rojas están en el lado derecho. La línea roja indica el camino a través de esta trama que las estrellas toman a lo largo de su vida. (Imagen: Beomdu Lim)

"A medida que una estrella se hace más y más vieja, se ilumina y se vuelve más roja", dijo Lim. 

Los astrónomos trazan el brillo y el color de las estrellas jóvenes en una línea diagonal, desde brillante, azul y masiva en la parte superior de la línea, hasta tenue, roja y menos masiva en la parte inferior, llamada la secuencia principal. 

El punto de inflexión, el punto en el que una estrella envejece y se desvía de la secuencia principal, se utiliza para determinar la edad de los cúmulos según la esperanza de vida conocida de cada estrella. Si las estrellas abandonan la secuencia principal en el mismo punto, como los autos en una autopista que toman la misma salida, entonces las estrellas del grupo tienen la misma edad. 

Sin embargo, en el Grupo del Pato Salvaje, las estrellas se desvían de la diagonal en diferentes puntos, como los coches que toman diferentes salidas a lo largo de una autopista. 

"Esto no parece intuitivo, ya que se cree que las estrellas en un cúmulo abierto como M11 pertenecen a la misma generación", dijo Kim. 

Lim y su equipo se dispusieron a descubrir qué propiedades estelares podrían explicar este patrón. 

Giraron el telescopio MMT hacia el cúmulo para examinar el espectro de colores de las estrellas usando un Hectochelle. El instrumento actúa como un prisma y difunde la luz de las estrellas en sus componentes, que los astrónomos llaman espectro. Los espectros son como códigos de barras, con cada línea que identifica un producto químico diferente en la composición de la estrella. 

El Hectochelle puede capturar espectros detallados de muchas estrellas a la vez, lo que lo convierte en un instrumento ideal para observar cúmulos como el Pato Salvaje, que consta de miles de estrellas. 

Cuando una estrella gira, un lado de ella se está moviendo hacia la Tierra y el otro se está alejando. La mitad de la estrella que gira hacia la Tierra emite luz con longitudes de onda que se ven aplastadas, lo que hace que la luz se vea más azul de lo que sería si la estrella no se moviera. La mitad de la estrella que gira alejándose de la Tierra hace que las longitudes de onda se vean estiradas, haciendo que su luz parezca más roja. Este aplastamiento y estiramiento hace que las líneas espectrales se extiendan a lo largo de un rango de longitudes de onda, en lugar de fijarse en solo una. 

Resulta que las estrellas en el Cúmulo de Pato Salvaje, están dispersas en el espectro de colores no por diferentes edades, sino por diferentes períodos de rotación. 

"Los efectos de la rotación en la evolución estelar a menudo se descuidaron en el pasado", dijo Yaël Nazé, astrónomo de la Universidad de Lieja en Bélgica y coautor del artículo. 

Los espectros también revelaron que las estrellas giran a diferentes velocidades. Lim y su equipo realizaron simulaciones por computadora para descubrir lo rápido que está rotando cada estrella. 

"Una estrella que gira rápidamente puede permanecer en la etapa de secuencia principal por más tiempo que una estrella que gira lentamente", dijo Lim. "Una amplia gama de velocidades de las estrellas da como resultado diferencias en las vidas de las estrellas". 

La velocidad de rotación es como una fuente de juventud para una estrella: cuanto más rápido gira, mejor mezcla hidrógeno, el combustible de la estrella, en su núcleo. Cuanto más hidrógeno recibe el núcleo, más vive la estrella, lo que hace que se vea más rojo que los hermanos menores. 

Las estrellas en el cúmulo aparecen en diferentes colores porque la nube en la que nacieron las puso en movimiento que prolongaría la vida útil de algunas de ellas. 

Aunque no es parte del estudio del Cúmulo del Pato Salvaje, Kim trabajó con Lim en el pasado para estudiar otros cúmulos de estrellas y descubrir misterios de la formación de estrellas. Sus colaboraciones son parte de una asociación creciente entre la UA y el Instituto Coreano de Astronomía y Ciencia Espacial. 

Además de asociarse para usar el telescopio MMT, la UA y el Instituto Coreano de Astronomía y Ciencia del Espacio son socios en el Proyecto del Telescopio de Magallanes Gigantes; El laboratorio de espejos Richard F. Caris de la UA está fabricando los espejos más grandes del mundo. Para obtener más información sobre la participación de la UA, visite: https://research.arizona.edu/learn more / giant - magellan - telescope - gmt . Para obtener más información sobre la participación del Instituto Coreano de Astronomía y Ciencia Espacial, visite K-GMT Science Group en línea en kgmt.kasi.re.kr/kgmtscience .

Fuente: Emily Walla, UA/NASA Space Grant Intern, University Communications