NGC 6388, cúmulo globular.

Cómo parecer joven cuando no lo eres, las estrellas revelan el secreto del buen envejecimiento.
NGC 6388.

Algunas personas están en gran forma a la edad de 90 años, mientras que otras son decrépitas antes de que cumplan los 50 años. Sabemos que la rapidez con que las personas envejecen está ligeramente vinculada a la edad y puede que tenga más que ver con su estilo de vida. Un nuevo estudio con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA revela que lo mismo ocurre con los cúmulos estelares.

Los cúmulos globulares son colecciones esféricas de estrellas estrechamente unidas entre sí por su gravedad mutua. Las Reliquias de los primeros años del Universo, con edades típicas de 12 a 13 mil millones de años (el Big Bang ocurrió hace 13,7 millones de años), hay aproximadamente 150 conglomerados globulares en la Vía Láctea y contienen muchas de las estrellas más antiguas de nuestra galaxia.

Pero mientras las estrellas son viejas y los conglomerados formados en el pasado lejano, los astrónomos que usan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA y el telescopio MPG / ESO de 2,2 metros en el Observatorio ESO La Silla han encontrado que algunos de estos grupos aún son jóvenes de corazón. La investigación se presenta en la edición del 20 de diciembre de 2012 de la revista Nature.

"Aunque estos cúmulos se formaron hace miles de millones de años", dice Francesco Ferraro (Universidad de Bolonia), el líder del equipo que hizo el descubrimiento, "nos preguntamos si algunos podrían envejecer más rápido o más lento que otros. Al estudiar la distribución de un tipo de estrella azul que existe en los cúmulos, encontramos que algunos grupos habían evolucionado mucho más rápido durante sus vidas, y hemos desarrollado una forma de medir la tasa de envejecimiento ".

Los racimos de estrellas se forman en un corto período de tiempo, lo que significa que todas las estrellas dentro de ellos tienden a tener aproximadamente la misma edad. Debido a que las estrellas brillantes de gran masa queman su combustible muy rápidamente, y los conglomerados globulares son muy viejos, sólo deberían haber estrellas de baja masa brillando en su interior.

Esto, sin embargo, resulta no ser el caso, en ciertas circunstancias las estrellas se pueden dar una nueva ráfaga de la vida, recibiendo el combustible adicional que los rejuvenece y los ilumina substancialmente. Esto puede suceder si una estrella saca materia de un vecino, o si chocan. Las estrellas re-vigorizadas se llaman rezagados azules [1], y su alta masa y brillo son las propiedades que se encuentran en el corazón de este estudio.

Las estrellas más pesadas se hunden hacia el centro de un grupo a medida que el grupo envejece, en un proceso similar a la sedimentación. Las altas masas de los rezagados azules significan que se ven fuertemente afectados por este proceso, mientras que su brillo los hace relativamente fáciles de observar [2].

Para comprender mejor el envejecimiento de los cúmulos, el equipo mapeó la ubicación de las estrellas azules en 21 grupos globulares, como se ve en las imágenes de Hubble y el telescopio MPG / ESO de 2,2 metros en el observatorio ESO La Silla, entre otros observatorios. Hubble proporcionó imágenes de alta resolución de los centros atestados de 20 de los conglomerados, mientras que las imágenes basadas en tierra dieron una visión más amplia de sus regiones externas menos ocupadas.

Analizando los datos de observación, el equipo encontró que algunos grupos parecían jóvenes, con las estrellas azul rezagadas distribuidas por todas partes, mientras que un grupo más grande parecía viejo, con los rezagados azules agrandados en el centro. Un tercer grupo estaba en proceso de envejecimiento, con las estrellas más cercanas al núcleo emigrando primero hacia adentro, luego las estrellas cada vez más hacia afuera progresivamente hacia el centro.

"Dado que estos grupos se formaron casi al mismo tiempo, esto revela grandes diferencias en la velocidad de la evolución de racimo a racimo", dijo Barbara Lanzoni (Universidad de Bolonia, Italia), coautora del estudio. "En el caso de los racimos de envejecimiento rápido, pensamos que el proceso de sedimentación puede ser completo en unos pocos cientos de millones de años, mientras que para los más lentos que tomaría varias veces la edad actual del Universo".

A medida que las estrellas más pesadas del grupo se hunden hacia el centro, el grupo eventualmente experimenta un fenómeno llamado colapso del núcleo, donde el centro del grupo se agrupa densamente.

Los procesos que conducen al colapso del núcleo son muy bien comprendidos, y giran en torno al número, la densidad y la velocidad de movimiento de las estrellas [4]. Sin embargo, la tasa a la cual ocurrieron no era conocida hasta ahora. Este estudio proporciona la primera manera empírica de investigar estas diferentes tasas de envejecimiento.

Notas:
[1] Los rezagados azules se llaman así debido a su color azul, y el hecho de que su evolución se queda atrás de la de sus vecinos.

[2]Los rezagados azules combinan ser relativamente brillantes y de alta masa por los estándares de las estrellas globulares del racimo, pero no son las únicas estrellas dentro de estos racimos que son brillantes o masivas.

Las estrellas gigantes rojas son más brillantes, pero tienen una masa mucho menor, y por lo tanto no se ven afectadas por el proceso de sedimentación de la misma manera. (Es fácil distinguirlos de los rezagados azules porque su color es muy diferente.)

Las estrellas de neutrones, los núcleos extremadamente densos de estrellas mucho más grandes que el Sol que explotaron hace miles de millones de años en la historia temprana de los racimos globulares, tienen una masa similar a los rezagados azules y se ven afectados por el proceso de sedimentación; Observar y por lo tanto no constituyen un tema útil para este estudio.

Los rezagados azules son las únicas estrellas dentro de los racimos que combinan la alta masa y el alto brillo.

[3] De los 21 grupos cubiertos por esta investigación, 20 fueron estudiados con Hubble, 12 con el telescopio MPG / ESO de 2,2 metros, ocho con el telescopio Canadá-Francia-Hawai y uno con el telescopio Subaru de NAOJ.

[4] Tal tasa depende de una manera compleja en el número de estrellas, su densidad y su velocidad dentro de un racimo. Mientras que las dos primeras cantidades son relativamente fáciles de medir, la velocidad no lo es. Por estas razones, las estimaciones anteriores de la tasa de envejecimiento dinámico del cúmulo globular se basaron sólo en argumentos teóricos, mientras que el nuevo método permite una medición totalmente empírica.

Crédito de la imagen:
NASA, ESA, F. Ferraro y B. Lanzoni (Universidad de Bolonia)


Una estrella enana blanca puede haber despedazado a un despistado planeta.
NGC 6388.

La destrucción de un planeta puede sonar como material para una novela de ciencia ficción pero un equipo de astrónomos ha encontrado evidencias de que esto pudo haber ocurrido en un antiguo grupo de estrellas en el borde de nuestra galaxia la Vía Láctea.

Utilizando varios telescopios, entre ellos el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, los investigadores han encontrado evidencias que una estrella enana blanca, el denso núcleo de una estrella como el Sol que se ha quedado sin combustible nuclear y no produce ninguna clase de reacción nuclear en su núcleo, pudo haber destrozado un planeta al acercarse demasiado .

¿Cómo podría una estrella enana blanca, que es sólo del tamaño de la Tierra, ser responsable de un acto tan extremo? La respuesta es la gravedad. Cuando una estrella alcanza su etapa de enana blanca, casi todo el material de la estrella está empaquetado dentro de un radio de centésimas de la estrella original. Esto significa que para los encuentros cercanos la atracción gravitatoria de la estrella y las mareas asociadas causadas por la diferencia en la atracción de la gravedad en el lado cercano y lejano del planeta se incrementan considerablemente. Por ejemplo, la gravedad en la superficie de una enana blanca es más de diez mil veces mayor que la gravedad en la superficie del Sol.

Los investigadores utilizaron el INTEGRAL (Laboratorio de Astrofísica de Rayos Gamma) de la Agencia Espacial Europea para descubrir una nueva fuente de rayos X cerca del centro del cúmulo globular NGC 6388. Las observaciones ópticas habían sugerido que un agujero negro de masa intermedia con una masa igual a varios cientos de Soles o más reside en el centro de NGC 6388. La detección de rayos X por INTEGRAL luego planteó la intrigante posibilidad de que los rayos X fueron producidos por el gas caliente girando hacia un agujero negro de masa intermedia.

En una observación de rayos X de seguimiento, la excelente visión de rayos X de Chandra permitió a los astrónomos determinar que los rayos X de NGC 6388 no provenían del putativo agujero negro en el centro del racimo, sino de una posición ligeramente fuera a un lado. Una nueva imagen compuesta muestra NGC 6388 con rayos X detectados por Chandra en luz rosada y visible desde el Telescopio Espacial Hubble en rojo, verde y azul, y muchas de las estrellas parecen naranjas o blancas. La superposición de las fuentes de rayos X y las estrellas cerca del centro del cúmulo también hace que la imagen aparezca blanca.

Con el agujero negro central descartado como fuente potencial de rayos X se continuó la caza buscando pistas sobre la fuente real en NGC 6388. La fuente fue monitorizada con el telescopio de rayos X a bordo de la misión Swift Gamma Ray Burst de la NASA durante unos 200 días después del descubrimiento por INTEGRAL.

La fuente se volvió más tenue durante el período de observaciones de Swift. La velocidad a la que el brillo de los rayos X cae coincide con los modelos teóricos de una interrupción de un planeta por las fuerzas de marea gravitacionales de una enana blanca. En estos modelos, un planeta es primero arrancado de su estrella madre por la gravedad de la densa concentración de estrellas en un cúmulo globular. Cuando un planeta así pasa demasiado cerca de una enana blanca, puede ser destrozado por las intensas fuerzas de marea de la enana blanca. Los desechos planetarios se calientan y brillan en los rayos X cuando cae sobre la enana blanca. La cantidad observada de rayos X emitidos a diferentes energías coincide con las expectativas de un evento de ruptura de las mareas.

Los investigadores estiman que el planeta destruido habría contenido alrededor de un tercio de la masa de la Tierra, mientras que la enana blanca tiene aproximadamente 1,4 veces la masa del Sol.

Mientras que el caso de la interrupción de las fuerzas de marea de un planeta no está revestido de hierro, el argumento se fortaleció cuando los astrónomos utilizaron datos de los múltiples telescopios para ayudar a eliminar otras posibles explicaciones de los rayos X detectados. Por ejemplo, la fuente no muestra algunas de las características distintivas de un sistema binario que contiene una estrella de neutrones, tales como pulsaciones o ráfagas de rayos X rápidas. Además, la fuente es demasiado débil en las ondas de radio para ser parte de un sistema binario con un agujero negro de masa estelar.

Un artículo que describe estos resultados fue publicado en un número de octubre de 2014 de los Avisos Mensuales de la Real Sociedad Astronómica. El primer autor es Melania Del Santo del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), IASF-Palermo, Italia, y los coautores son Achille Nucita de la Universitá del Salento en Lecce, Italia; Giuseppe Lodato de la Università Degli Studi di Milano en Milán, Italia; Luigi Manni y Francesco De Paolis de la Universitá del Salento en Lecce, Italia; Jay Farihi del University College London en Londres, Reino Unido; Giovanni De Cesare del Instituto Nacional de Astrofísica del IAPS-Roma, Italia y Alberto Segreto del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), IASF-Palermo, Italia.

El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa de Chandra para la Dirección de Misión Científica de la NASA en Washington. El Smithsonian Astrophysical Observatory en Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia de Chandra y las operaciones de vuelo.

Créditos:
X-ray: NASA/CXC/IASF Palermo/M.Del Santo et al; 
Optical: NASA/STScI

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