El enigma de las estrellas desaparecidas.

Las observaciones de Hubble ponen más dudas sobre cómo se formaron los cúmulos globulares.

Cúmulos globulares en la galaxia enana Fornax.

Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de NASA / ESA muestra cuatro cúmulos globulares en la galaxia enana Fornax.

Nuevas observaciones de los cúmulos, grandes bolas de estrellas que orbitan alrededor de los centros de las galaxias unidas por la gravedad, muestran que son muy similares a los que se encuentran en nuestra galaxia, la Vía Láctea. El hallazgo está en desacuerdo con las principales teorías sobre cómo se forman estos conglomerados (en estas teorías, los cúmulos globulares deben estar ubicados entre grandes cantidades de estrellas viejas) y así se profundiza el misterio de cómo estos objetos llegaron a existir.

Como se muestra en esta imagen anotada los cúmulos globulares de izquierda a derecha son: Fornax 1, Fornax 2, Fornax 3 y Fornax 5. Sus posiciones dentro de la galaxia se muestran en la imagen siguiente.

Posición de los cúmulos en la galaxia enana de Fornax.

Crédito:
NASA, ESA, S. Larsen (Universidad de Radboud, Países Bajos)

Gracias al Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA, algunos de los residentes cósmicos más misteriosos se han vuelto aún más desconcertantes. Las nuevas observaciones de cúmulos globulares en una pequeña galaxia muestran que son muy similares a los que se encuentran en la Vía Láctea, por lo que deben haberse formado de manera similar. Una de las principales teorías sobre cómo se forman estos conglomerados predice que los cúmulos globulares solo deberían encontrarse enclavados entre grandes cantidades de estrellas viejas. Pero estas viejas estrellas, aunque abundan en la Vía Láctea, no están presentes en esta pequeña galaxia, y por lo tanto, el misterio se profundiza.

Fornax 1.

Los cúmulos globulares (grandes bolas de estrellas que orbitan los centros de las galaxias, pero pueden estar muy lejos de ellos) siguen siendo uno de los mayores misterios cósmicos. Alguna vez se pensó que consistían en una sola población de estrellas que se formaron todas juntas. Sin embargo, la investigación ha demostrado que muchos de los cúmulos globulares de la Vía Láctea tienen historias de formación mucho más complejas y están formados por al menos dos poblaciones distintas de estrellas.

De estas poblaciones, alrededor de la mitad de las estrellas son una sola generación de estrellas normales que se pensaba que se formaban primero, y la otra mitad formaban una segunda generación de estrellas, que están contaminadas con diferentes elementos químicos. En particular, las estrellas contaminadas contienen hasta 50-100 veces más nitrógeno que la primera generación de estrellas.

Fornax 2.

La proporción de estrellas contaminadas que se encuentran en los cúmulos globulares de la Vía Láctea es mucho más alta de lo que esperaban los astrónomos, lo que sugiere que falta una gran parte de la población de estrellas de la primera generación. Una explicación principal para esto es que los cúmulos alguna vez contuvieron muchas más estrellas, pero una gran fracción de las estrellas de la primera generación fueron expulsadas del cúmulo en algún momento de su pasado.

Esta explicación tiene sentido para los cúmulos globulares en la Vía Láctea, donde las estrellas expulsadas podrían esconderse fácilmente entre las muchas estrellas antiguas similares en el gran halo, pero las nuevas observaciones, que miran a este tipo de cúmulo en una galaxia mucho más pequeña, llaman esta teoría en duda.

Los astrónomos utilizaron Wide Field Camera 3 (WFC3) de Hubble para observar los cuatro cúmulos globulares en una pequeña galaxia cercana conocida como la galaxia enana esférica Fornax [1].

Fornax 3.

"Sabíamos que los cúmulos de la Vía Láctea eran más complejos de lo que se pensó originalmente, y hay teorías para explicar por qué. Pero para poner a prueba nuestras teorías sobre cómo se forman estos cúmulos, necesitamos saber qué sucedió en otros ambientes", dice Søren Larsen de Radboud University en Nijmegen, Países Bajos, autor principal del nuevo documento. "Hasta ahora no sabíamos si los cúmulos globulares en las galaxias más pequeñas tenían generaciones múltiples o no, ¡pero nuestras observaciones muestran claramente que sí lo hacen!"

Las observaciones detalladas de los astrónomos de los cuatro cúmulos de Fornax muestran que también contienen una segunda población de estrellas contaminadas [2] e indican que no solo se formaron de manera similar entre sí, sino que su proceso de formación también es similar a los cúmulos en el Vía láctea. Específicamente, los astrónomos usaron las observaciones de Hubble para medir la cantidad de nitrógeno en las estrellas del cúmulo, y descubrieron que aproximadamente la mitad de las estrellas en cada cúmulo están contaminadas al mismo nivel que se ve en los cúmulos globulares de la Vía Láctea.

Fornax 5.

Esta alta proporción de estrellas de segunda generación contaminadas significa que la formación de los cúmulos globulares de Fornax debería estar cubierta por la misma teoría que los de la Vía Láctea.

Según el número de estrellas contaminadas en estos grupos, tendrían que haber sido hasta diez veces más masivas en el pasado, antes de expulsar a un gran número de estrellas de su primera generación y reducirlas a su tamaño actual. Pero, a diferencia de la Vía Láctea, la galaxia que alberga estos grupos no tiene suficientes estrellas antiguas para dar cuenta de la gran cantidad que supuestamente fueron desterrados de los grupos.

"Si estas estrellas expulsadas estuvieran allí, las veríamos, ¡pero no lo hacemos!" explica Frank Grundahl de la Universidad de Aarhus en Dinamarca, coautor del artículo. "Nuestra teoría de formación líder simplemente no puede ser correcta. No hay ningún lugar donde Fornax podría haber ocultado estas estrellas expulsadas, por lo que parece que los cúmulos no podrían haber sido mucho más grandes en el pasado".

La WFC3 en el laboratorio.

Este hallazgo significa que una teoría líder sobre cómo se formaron estos cúmulos globulares de generación mixta no puede ser correcta y los astrónomos tendrán que pensar una vez más cómo estos misteriosos objetos, en la Vía Láctea y más allá, llegaron a existir.

El nuevo trabajo se detalla en un documento publicado hoy, 20 de noviembre de 2014, en The Astrophysical Journal, artículo científico.

Notas
[1] La gravedad de la Vía Láctea mantiene a Fornax orbitando a nuestro alrededor como una galaxia satélite.

[2] Los grupos estudiados se llamaron Fornax 1, 2, 3 y 5. Fornax 1, 3 y 5 están formados por aproximadamente 40% estrellas de primera generación a 60% contaminadas de segunda generación, mientras que Fornax 2 contiene alrededor de 60% primera generación y 40% segunda generación.

El equipo internacional de astrónomos en este estudio está formado por S. Larsen (Universidad de Radboud, Países Bajos), J. P Brodie (Universidad de California, EE. UU.), F. Grundahl (Universidad de Aarhus, Dinamarca) y J. Strader (Estado de Michigan). Universidad, EE. UU.).

Crédito de la imagen: 
NASA, ESA, S. Larsen (Universidad de Radboud, Países Bajos)

Publicado en Hubble el 20 de noviembre del 2.014.