Estrellas que caen y se hacen añicos
Muchas de las estrellas que ves al mirar al cielo han pasado al menos parte de su vida en cúmulos estelares. Los cúmulos estelares son agrupaciones que pueden estar formadas por millones de estrellas con un origen común y unidas por la gravedad.
Los cúmulos estelares son de interés científico porque todos sus integrantes se formaron aproximadamente al mismo tiempo y comparten propiedades similares. Por ejemplo, si la nube de gas y polvo en la que se formó el cúmulo es rica en ciertos elementos, las estrellas que se formen en él también contendrán abundantes cantidades de esos elementos.
Hay dos tipos de cúmulos estelares: abiertos (galácticos) y globulares. Se diferencian por varias características.
Cúmulos estelares galácticos
Los cúmulos estelares abiertos son generalmente agrupaciones de estrellas distribuidas de forma irregular, cuyo número puede variar desde unas pocas docenas hasta unos pocos miles. Se encuentran frecuentemente en el plano galáctico, y la mayoría de sus miembros tienen menos de 10 mil millones de años. Algunos incluso están incrustados en los restos de la nube de gas y polvo de la que se originó el cúmulo.
Las estrellas que componen los cúmulos abiertos están unidas entre sí por una débil atracción gravitatoria. Como resultado, el cúmulo puede fragmentarse debido a interacciones irregulares con otros objetos mientras orbita la galaxia, y sus miembros pueden abandonarlo.
Las Siete Hermanas: Las Pléyades
Debido a que los cúmulos abiertos son relativamente más dispersos e irregulares que los cúmulos globulares, las estrellas que los componen se pueden distinguir fácilmente de forma individual, incluso con un telescopio sencillo. Algunas son incluso visibles a simple vista. Las Pléyades son solo uno de estos cúmulos.
Las Pléyades son uno de los objetos Messier más bellos que pueden observarse a simple vista. Este cúmulo contiene más de mil estrellas y sus siete miembros más brillantes, conocidos como las «Siete Hermanas», pueden verse incluso desde zonas urbanas con bastante contaminación lumínica. La mayoría de las estrellas que conforman este cúmulo se agrupan en una región situada a 440 años luz.
Las Pléyades se desplazan por la galaxia hacia una región cercana a los pies de la constelación de Orión (el Cazador). Se espera que el cúmulo permanezca unido por la gravedad durante los próximos 250 millones de años. Sin embargo, a medida que se desplace, sus miembros se irán alejando cada vez más y, como muchos otros cúmulos estelares abiertos, acabará fragmentándose.
¿Qué son los cúmulos estelares abiertos y globulares? ¿Dónde están ahora las estrellas que nacieron junto con el Sol?
Las estructuras más grandes del universo: ¿qué son los grupos, cúmulos y supercúmulos de galaxias?
¿Cuántas galaxias hay en el universo?
El grupo en desintegración: el grupo móvil de la Osa Mayor
Las estrellas que forman la mayoría de las constelaciones son, en realidad, completamente independientes y no están relacionadas entre sí. Por ejemplo, Bellatrix, una de las estrellas de la famosa constelación de Orión, está a unos 250 años luz de la Tierra, mientras que Rigel, que también forma parte de la misma constelación, se encuentra a más de 800 años luz.
Sin embargo, la situación es ligeramente diferente para la constelación de la Osa Mayor. El Grupo Móvil de la Osa Mayor es un ejemplo de cúmulo estelar abierto en fragmentación. Este cúmulo se formó hace varios cientos de millones de años, a una distancia de entre 78 y 84 años luz, y actualmente se extiende sobre un área de 30 años luz de diámetro. Seis de los miembros más brillantes de la constelación pertenecen a este cúmulo.
La famosa constelación de la Osa Mayor y el Carro. Seis de las ocho estrellas que forman el Carro (una de las cuales es un sistema estelar binario, como puede verse en la foto) pertenecen a este cúmulo estelar abierto y se encuentran casi a la misma distancia. Las dos estrellas situadas en la punta del Carro y en el extremo del mango no forman parte de este cúmulo.
Cúmulos estelares globulares
Los cúmulos globulares son poblaciones estelares extremadamente densas que constan de miles o incluso millones de estrellas. Suelen orbitar alrededor del halo galáctico y están compuestos por las estrellas más antiguas de la galaxia.
Los cúmulos globulares de estrellas tienen forma esférica debido a la intensa gravedad generada por cientos de miles de estrellas. Casi no contienen nubes de gas ni polvo.
La cantidad de cúmulos globulares de una galaxia parece estar relacionada con su masa. Se conocen aproximadamente 150 cúmulos globulares en la Vía Láctea. Sin embargo, es probable que haya más cúmulos ocultos tras el grueso disco galáctico. Nuestra vecina galáctica más cercana, la galaxia de Andrómeda, alberga más de 400 cúmulos globulares. ¡M87, una enorme galaxia elíptica que contiene varios billones de estrellas, tiene aproximadamente 15.000 cúmulos globulares!
El cúmulo estelar más grande de la Vía Láctea: Omega Centauri
Omega Centauri, con aproximadamente 10 millones de estrellas, es el cúmulo globular más grande de la Vía Láctea y se encuentra a unos 15 000 años luz de la Tierra. Con un diámetro de 150 años luz, ¡este enorme cúmulo es 10 veces más grande que un cúmulo globular típico!
Omega Centauri es tan denso que las estrellas en su núcleo están separadas por tan solo 0,16 años luz en promedio. En comparación, la estrella más cercana al Sol es Próxima Centauri, a solo 4,2 años luz de distancia. Esto significa que las estrellas en el núcleo del cúmulo están extremadamente cerca unas de otras.
Agujeros negros «intermedios» en cúmulos globulares
Los cúmulos globulares de estrellas son extremadamente densos, mucho más que el resto de la galaxia. Esta densidad aumenta la presencia de objetos compactos, como agujeros negros, estrellas de neutrones y enanas blancas, en los cúmulos globulares. De hecho, los cálculos teóricos sugieren que la frecuencia de estos objetos en los cúmulos globulares es aproximadamente 100 veces mayor que en el resto de la galaxia.
Las imágenes obtenidas con el Telescopio Espacial Hubble y los datos del espectrógrafo GMOS del Observatorio Gemini Sur en Chile indican que Omega Centauri podría albergar en su centro un agujero negro de masa intermedia, esquivo y poco común. La astrónoma Eva Noyola, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching, explica:
Este resultado demuestra que existe un rango continuo de masas de agujeros negros, desde los supermasivos hasta los de masa intermedia y los de baja masa.
Noyola y sus colegas midieron los movimientos y el brillo de las estrellas en el centro de Omega Centauri. Los cálculos indican la presencia de un agujero negro con una masa de aproximadamente 40 000 masas solares en el centro del cúmulo.
Omega Centauri es solo uno de los cúmulos globulares que contienen un agujero negro. El telescopio espacial Hubble ya había detectado la presencia de otro agujero negro de masa intermedia, con una masa de 20 000 masas solares, en el centro del cúmulo G1 de la galaxia de Andrómeda.
Antes de esta observación, solo conocíamos un ejemplo de agujero negro de masa intermedia, situado en el cúmulo globular G1, en la cercana galaxia de Andrómeda.
De manera similar, los datos del Hubble sugieren que el cúmulo globular M15 de nuestra galaxia también alberga en su centro un agujero negro con una masa aproximada de 4.000 masas solares.
Los agujeros negros situados en los centros de los cúmulos globulares podrían ayudar a responder preguntas sobre la formación de las galaxias. Roeland Van Der Marel, del Space Telescope Science Institute de Baltimore, afirma:
Con estos nuevos datos del Hubble, no solo descubriremos cómo se forman los agujeros negros. Estos datos nos ayudarán a relacionar los cúmulos globulares con las galaxias y aportarán información sobre uno de los problemas sin resolver más importantes de la astronomía actual: cómo se forma la estructura de las galaxias en el universo.
Karl Gebhardt, de la Universidad de Texas en Austin, sugiere que los agujeros negros de masa intermedia descubiertos por el Hubble podrían ser los componentes básicos de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los centros de la mayoría de las galaxias.
Hay dos teorías principales sobre la formación de los agujeros negros: se puede formar uno de golpe, concentrando una gran cantidad de materia en el centro de una galaxia mientras esta se forma; o bien se puede partir de un agujero negro que crece con el tiempo, como una semilla. Las pruebas observacionales apuntan a esta segunda posibilidad: empezar con un agujero negro pequeño.
Los astrónomos han estado buscando agujeros negros en cúmulos globulares durante unos 30 años. Su único obstáculo era que los telescopios terrestres no podían distinguir fácilmente las estrellas más cercanas al agujero negro que se creía que existía en el centro del cúmulo. Sin embargo, la alta resolución del Telescopio Espacial Hubble ha superado este obstáculo. Los investigadores afirman que la búsqueda de agujeros negros, que duró décadas, ha llegado a su fin.
Determinación de la edad de los cúmulos mediante la metalicidad estelar
La edad de un cúmulo estelar se puede determinar por los elementos que lo componen. Las estrellas que forman cúmulos jóvenes son más ricas en metalicidad. Por el contrario, los cúmulos más antiguos son considerablemente más pobres en metalicidad, ya que se formaron antes de la formación de los elementos más pesados en el universo.
Los cúmulos globulares cercanos al centro de la Vía Láctea son más antiguos que los que están más lejos. Esto sugiere que los cúmulos más jóvenes se formaron durante fusiones con otras galaxias, mientras que los más antiguos permanecen desde el nacimiento de la galaxia.
El cúmulo donde nació el Sol
El Sol nació hace 4.500 millones de años en un cúmulo estelar abierto y disperso que probablemente contenía entre 1.000 y 10.000 estrellas. Lo sabemos porque las estrellas que se forman en cúmulos densos interactúan gravitacionalmente entre sí de manera constante, lo que provoca la dispersión de los discos a partir de los cuales se formarían los planetas que las rodean. Sin embargo, el Sol tiene un sistema planetario muy grande, que incluye la Tierra.
La formación del Sol
De hecho, muchas nebulosas permanecen inactivas y estáticas hasta que algo las activa. Esto también ocurrió con la nube de gas y polvo que acabaría formando el Sistema Solar. Sin embargo, millones de años antes de que naciera el Sol, algo estimuló la nebulosa. Los astrónomos creen que fue una supernova. Las ondas de choque de una supernova pueden afectar a una nebulosa e iniciar la formación de estrellas. Los estudios de meteoritos también respaldan la idea de que una supernova activó la nebulosa que daría origen al Sistema Solar.
Si te interesa la formación y evolución del Sol y del Sistema Solar, puedes leer nuestro artículo. Para no desviarnos del tema, no entraremos aquí en detalles.
Fragmentación de clústeres
Los miembros de los cúmulos estelares abiertos están unidos entre sí por una débil atracción gravitatoria. Por lo tanto, estos cúmulos se fragmentan a lo largo de millones de años a medida que se desplazan.
El Sol completa una órbita alrededor de la Vía Láctea cada 200-250 millones de años. Por lo tanto, nuestra estrella ha completado hasta ahora 18 órbitas alrededor de la galaxia (actualmente está en la decimonovena). Este tiempo es más que suficiente para que un cúmulo estelar abierto se desintegre y disperse.
En busca de los hermanos perdidos del Sol
Las estrellas que se formaron en un mismo cúmulo conservan las huellas de la nebulosa de la que surgió el cúmulo. Esto se debe a que tienen una composición química similar. Es como una «huella dactilar». Por ejemplo, si examinas los datos espectrales de las estrellas del cúmulo de las Pléyades, puedes ver fácilmente que se formaron a partir de la misma nube de gas y polvo.
Datos espectrales de seis estrellas de las Pléyades obtenidos por un astrónomo aficionado. Los espectros estelares son, en general, muy similares, salvo por algunos detalles.
Como resultado, se identificó HD 162826 como la estrella hermana del Sol, pues comparte con él la abundancia de elementos y los parámetros orbitales. Es probable que HD 162826 se originara en el mismo lugar que el Sol hace 4.500 millones de años.
Ramirez explicó:
Encontrar siquiera una estrella hermana del Sol es emocionante. Esperábamos no descubrir ninguna. Esperamos que el número de estrellas de este tipo sea muy reducido.
Aunque HD 162826 es una estrella hermana del Sol, no es su gemela y es un 15 % más grande que el Sol.
HD 162826 se encuentra en la constelación de Hércules, cerca de Vega, la quinta estrella más brillante del cielo.
Según Ramírez, es improbable que exista un planeta gigante como Júpiter alrededor de HD 162826. Sin embargo, podría haber planetas terrestres más pequeños como la Tierra, Marte o Venus.
El lugar de nacimiento compartido de HD 162826 y el Sistema Solar, junto con la posibilidad de que albergue planetas terrestres, lo convierten en un objetivo prioritario en la búsqueda de vida extraterrestre. Ramirez afirmó que, aunque esta posibilidad es pequeña, no es nula, y que material portador de vida podría viajar entre estrellas, llevando las semillas de la vida desde la Tierra hasta planetas de otros sistemas estelares.
Podría argumentarse que los compañeros solares son candidatos clave en la búsqueda de vida extraterrestre.
Misión Gaia
Lanzada por la ESA en 2013, la misión Gaia recopila datos sobre el movimiento y la distancia de 1.300 millones de estrellas de nuestra galaxia mediante el paralaje. Las mediciones desde el espacio pueden ofrecer resultados mucho mejores que las realizadas desde la Tierra.
Las amplias capacidades que ofrece la misión Gaia facilitarán enormemente la búsqueda de estrellas hermanas del Sol. Según Ramírez, ¡el número de estrellas que podrán estudiar se multiplicará por 10 000!
Cada estrella hermana del Sol que la ciencia descubra nos acercará un paso más a la comprensión de los orígenes del Sistema Solar.