El secreto de juventud de las estrellas

El cúmulo globular estudiado por el Observatorio Austral Europeo. | ESO

Al igual que las personas, las estrellas pueden envejecer de distintos modos. Un nuevo estudio ha descubierto que algunos cúmulos de estrellas nacidos tras el Big Bang mostraban distintos grados de desarrollo, mostrándose más jóvenes o envejecidas.

Estos cúmulos globulares son reliquias de los primeros tiempos del Universo, con edades entre los 12-13 mil millones de años (el Big Bang tuvo lugar hace 13.700 millones de años), y que contienen muchas de las estrellas más viejas de nuestra galaxia.

Pese a que forman parte del pasado remoto del Universo, el equipo científico ha descubierto, utilizando el telescopio MPG/ESO del Observatorio Austral Europeo (ESO, por sus siglas en inglés) y el Hubble de la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) que algunos de estos cúmulos permanecen con un 'espíritu' joven.

¿A qué se debe el secreto de la eterna juventud de estos cúmulos?. Los astrónomos han revelado un mecanismo de rejuvenecimiento peculiar. Las estrellas de los cúmulos tienden a tener la misma edad. Las brillantes de mucha masa se consumen pronto, por lo que los cúmulos deberían mantener solo las estrellas de menos masa.

Sin embargo, algunos de estos cúmulos reciben un nuevo soplo de vida, obteniendo combustible extra que las alimenta de nuevo y las hace brillar considerablemente. Esto puede ocurrir si una estrella atrae material de otra estrella vecina a medida que dos de estas se fusionan o si colisionan. Las estrellas revigorizadas son denominadas azules rezagadas, y su alta masa y brillo son las propiedades que han dado fundamento a este estudio.

Las estrellas más pesadas se precipitan hacia el centro del cúmulo a medida que este envejece, en un proceso similar a la sedimentación. Las elevadas masas de las azules rezagadas dan a entender que se ven fuertemente afectadas por este procesos, mientras que su brillo las hace relativamente fáciles de observar.

El equipo localizó la ubicación de estrellas azules rezagadas en 21 cúmulos globulares. Unos pocos cúmulos parecían jóvenes, con estrellas azules rezagadas distribuidas por todo el cúmulo, mientras que un grupo más numeroso era viejo, con las azules rezagadas agrupadas en el centro. Un tercer grupo se encontraba en pleno proceso de envejecimiento, con las estrellas más cercanas al centro migrando hacia el interior en primer lugar, mientras que las estrellas más alejadas se acercaban progresivamente al centro. "Dado que estos cúmulos se formaron todos aproximadamente al mismo tiempo, esto revela grandes diferencias en la velocidad de evolución de cúmulo a cúmulo", concluye Barbara Lanzoni (Universidad de Bolonia, Italia), coautora del estudio.

El estudio ha proporcionado la primera evidencia empírica de a qué velocidad envejecen diferentes cúmulos.

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El Mundo Ciencia

Un cúmulo estelar 'camuflado' frente a la Nebulosa de Orión

El cúmulo de la Nebulosa de Orión. | J-C Cuillandre & G. Anselmi

Un equipo de investigadores, entre los que se encuentra Hervé Bouy, del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), ha captado un cúmulo estelar masivo 'camuflado' entre la Tierra y una de las grandes maravillas del cielo nocturno, la Nebulosa de Orión.

Desde 1960 se conocía la existencia de esta población estelar, sin embargo, las observaciones han desvelado que esta población es más masiva de lo que se pensaba y no está distribuida tan uniformemente. La importancia de este descubrimiento es doble: por un lado, el nuevo cúmulo identificado es un hermano ligeramente más viejo que el Cúmulo del Trapecio, que está en el corazón de la Nebulosa de Orión; y segundo, lo que los astrónomos han estado llamando Cúmulo de la Nebulosa de Orión es, en realidad, una complicada mezcla de estos dos cúmulos, a la que se suman otras estrellas de la Vía Láctea ajenas a ambos.

Hervé Bouy, del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), en Madrid, es uno de los autores de este trabajo y explica que "necesitamos completar con detalle lo que creíamos que eran las observaciones más fiables en cuanto a formación de estrellas y de cúmulos". Destaca la necesidad de un profundo trabajo de seguimiento donde "si queremos comprender qué ocurre en esta región, la formación de estrellas en cúmulos, e incluso las primeras etapas de formación de planetas, debemos distinguir estas dos poblaciones que están mezcladas, estrella por estrella".

"Para mí el misterio más intrigante es que el hermano mayor, el cúmulo de Iota Ori, esté tan cerca de su hermano menor, aún formándose dentro de la Nebulosa de Orión", afirma João Alves, de la Universidad de Viena. "Es difícil encajar estas nuevas observaciones en ningún modelo teórico anterior de formación de cúmulos, y eso es emocionante porque sugiere que hemos estado pasando por alto algo fundamental. Los cúmulos son, con diferencia, la forma preferida de formación estelar en el Universo, pero aún estamos lejos de comprender exactamente el porqué."

Todo descubrimiento que afecte a la Nebulosa es significativo dada la importancia de esta formación en el Universo. A pesar de que su catalogación se remonta a hace 400 años, ha sido en los últimos sesenta años cuando se ha evidenciado la verdadera importancia astrofísica de este glamuroso objeto: la nebulosa, al igual que otros tantos objetos de la Vía Láctea y de otras galaxias, es una guardería de estrellas recién nacidas. Y además, es la guardería más cercana a la Tierra.

Los astrónomos ven en esta nebulosa el mejor banco de pruebas para el estudio de la formación estelar, el modelo de referencia. De hecho, muchas de las medidas establecidas que nos dicen cómo se forman las estrellas provienen de esta importante región como, por ejemplo, las distribuciones de masa en el nacimiento de estrellas y enanas marrones, sus edades relativas o su distribución espacial.

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El Mundo Ciencia

Una fábrica que "produce" 700 soles por año

El cúmulo de Fénix: emisión X (en morado) y ultravioleta | Chandra X-ray Obs.

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Se acaba de descubrir que un excepcional cúmulo de galaxias en la constelación del Fénix es capaz de formar estrellas a un ritmo de más de 700 masas solares por año. Este cúmulo ayudará a comprender de qué manera las galaxias forman sus estrellas.

Enjambres de galaxias

Un cúmulo de galaxias es un grupo de unas decenas, centenas o millares de galaxias ligadas gravitacionalmente. Típicamente, un cúmulo ocupa una región de unos cuantos millones de años-luz, un espacio enorme si se tiene en cuenta que el diámetro de nuestra Vía Láctea apenas alcanza los 100.000 años-luz. Muchos cúmulos parecen contener en su región central una galaxia muy masiva que debe jugar un papel muy importante en la evolución del grupo de galaxias.

Cúmulo de galaxias | Chandra

El espacio entre las galaxias de un cúmulo está ocupado por un plasma caliente de gas muy ionizado que emite rayos X. La emisión de este gas, que inicialmente se encuentra a muchos millones de grados, hace que se vaya enfriando progresivamente, por lo que se crean descomunales flujos radiales de materia, llamados ‘corrientes de enfriamiento’. Estas corrientes conducen el gas, cada vez más frío, hacia la región central del cúmulo donde se encuentra la galaxia más masiva.

Rayos X y chorros en MS0735| Chandra

Durante mucho tiempo los astrónomos creían que estos grandes flujos de materia deberían crear violentos episodios de formación estelar en la región central. Sin embargo, a pesar de las intensas búsquedas, tal actividad en formación de estrellas se observa raramente de manera clara en los cúmulos cercanos. Los astrónomos se refieren a esta paradoja con el nombre de ‘el problema de las corrientes de enfriamiento’. No hay una solución clara para tal problema, pero se especula con la idea de que los chorros que surgen de la proximidad del agujero negro supermasivo que debe residir en la galaxia central podrían contrarrestar el efecto de las corrientes de enfriamiento. Tales chorros se observan claramente en varios cúmulos, entre ellos el MS0735 mostrado en la figura adjunta.

En la mayor parte de las galaxias del entorno de la Vía Láctea, hasta una distancia de unos 10.000 millones de años-luz, parecen dominar las estrellas viejas y rojizas. La formación estelar violenta parece haber disminuido considerablemente en el Universo unos 3.700 millones de años después del Big Bang. Por esta razón, para estudiar los episodios más violentos de formación de estrellas se necesitaba observar cúmulos muy jóvenes, y por lo tanto muy distantes. Los recientes descubrimientos en el extraordinario cúmulo de Fénix vienen a remediar, al menos parcialmente, esta situación.

Un cúmulo único

El Telescopio del Polo Sur | SPT

En el año 2010, con el telescopio de ondas milimétricas del Polo Sur (SPT por sus siglas en inglés), un equipo de astrónomos liderado por R. Williamson (Univ. Chicago) catalogó una serie de cúmulos de galaxias, entre los que destacaba el denominado SPT-CL J2344-4243. Situado a una distancia de unos 5.700 millones de años-luz, en la constelación austral del ave Fénix, este cúmulo posee una masa de unos 2.000 billones de masas solares, esto es unas dos mil veces más que la masa de nuestra Vía Láctea. Este cúmulo, uno de los más masivos de los conocidos, ha pasado a denominarse simplemente el ‘cúmulo Fénix’.

El Fénix en el óptico | AURA

La gran masa de este cúmulo ha motivado una serie rápida de observaciones en todos los rangos posibles del espectro. A diferencia de otros cúmulos situados a distancias similares o menores, que generalmente son rojizos, este cúmulo es mucho más azul e incluso presenta un gran flujo ultravioleta típico de intensa formación estelar. Observaciones de rayos gamma demuestran que en el centro del cúmulo existe un agujero negro supermasivo, unas 20 mil millones de veces más masivo que el Sol. Este agujero negro ha resultado ser el centro de una galaxia infrarroja ultraluminosa (de las denominadas ULIRG, por las siglas en inglés) que fue detectada con el telescopio espacial de infrarrojos HERSCHEL.

Telescopio espacial CHANDRA, | NASA

Finalmente, utilizando el telescopio CHANDRA de rayos X, un equipo coordinado por el astrónomo Michael McDonald (MIT) ha detectado de forma directa los rayos X emitidos por las corrientes de enfriamiento que están conduciendo grandes cantidades de materia intergaláctica sobre la galaxia ultraluminosa central.

Como el ave fénix, un cúmulo que resurge

El cúmulo Fénix se observa hoy en la Tierra tal y como era cuando habían transcurrido 8.000 millones de años tras el Big Bang. Pero hemos mencionado antes que la formación violenta de estrellas cesó en el Universo unos 3.700 millones después de aquella gran explosión. El Fénix es un cúmulo ‘viejo’ pero, debido a la gran intensidad de formación estelar que posee en su centro, parece un cúmulo en la juventud del Universo. Las corrientes de enfriamiento parecen transportar unas 4.000 masas solares por año hacia la región central. Parte de esta masa sirve para alimentar al agujero negro que aumenta su masa en unas 60 masas solares por año. Pero el mayor efecto de estas corrientes es el de incrementar la formación de estrellas en la galaxia central con una masa total que es la equivalente a la de 740 soles por año.

Con tal actividad en producción de estrellas, el cúmulo Fénix ofrece una oportunidad única para observar fenómenos de formación estelar violenta similares a los que tuvieron lugar en las primeras fases de la evolución del Universo. Naturalmente el gigantesco brote de formación estelar que observamos no ha estado operativo durante toda la vida del cúmulo (pues lo habría consumido). Es difícil estimar cuándo comenzó tal episodio y cuánto durará, quizás unas decenas o centenas de millones de años. Al igual que otros cúmulos vecinos, el cúmulo debió estar inactivo durante largos periodos de tiempo. Pero, de forma similar al resurgimiento del ave Fénix, el cúmulo resurgió de su inactividad, y alcanzó una nueva vida extremadamente fructífera en la formación de estrellas.

Estos resultados han sido publicados por M. McDonald y colaboradores en el último número de la revista Nature

También interesante

• El Telescopio del Polo Sur (SPT) es una antena de 10 metros de diámetro para la observación de ondas milimétricas y submilimétricas. Se terminó de instalar en el año 2007 en la estación estadounidense Amundsen-Scott en la Antártida, a casi 3000 metros de altitud, donde disfruta de unas condiciones excepcionales para las observaciones en esos rangos de longitudes de onda.


• El telescopio Chandra fue el tercero en la serie de los 4 grandes telescopios espaciales lanzados por la NASA. El primero fue el Hubble, para observaciones en el óptico, el segundo fue el Compton, de rayos gamma, y el cuarto el Spitzer para observaciones en el infrarrojo lejano. El Chandra se lanzó el 23 de Julio de 1999 para una duración inicial de 5 años, pero ya ha superado los 13 años de operaciones. Se nombró en honor del físico de origen indio S. Chandrasekhar, quien determinó el límite máximo de masa que pueden alcanzar las estrellas enanas blancas.


• Situado a ‘tan sólo’ 275 millones de años-luz de distancia, el cúmulo de Perseo (también llamado Abell-426), es otro de los cúmulos de galaxias más masivos de los conocidos. Como el de Fénix, el cúmulo de Perseo también emite intensa radiación X; sin embargo, su ritmo de formación estelar es unas 20 veces menor que la del cúmulo Fénix. En el año 2011 se descubrió ‘El Gordo’, el cúmulo más masivo de los conocidos en el Universo distante. 
• Fuente: El Mundo Ciencia

Hubble encuentra la reliquia de una galaxia desmembrada

Foto: NASA

El Telescopio Espacial Hubble de la NASA ha encontrado un cúmulo de estrellas azules jóvenes que rodean el primer agujero negro de masa intermedia descubierto. La presencia del cúmulo de estrellas sugiere que el agujero negro fue, alguna vez, el núcleo de una galaxia enana ahora desintegrada. El descubrimiento del agujero negro, y el cúmulo de estrellas, tiene implicaciones importantes para entender la evolución de los agujeros negros supermasivos y las galaxias.

"Por primera vez, se dispone de información sobre el medio y el origen de este agujero negro de peso medio", ha afirmado el investigador del Centro Harvard-Smithsoniano para la Astrofísica, Mathieu Servillat.

Los astrónomos saben cómo colapsan las estrellas masivas formando agujeros negros de masa estelar (unas 10 veces más pesados que nuestro sol), pero desconocen cómo se forman los agujeros negros supermasivos (como el que se encuentra en el centro de la Vía Láctea) en los núcleos de las galaxias, una teoría es que los agujeros negros supermasivos se forman a partir de la fusión de agujeros negros de masa intermedia.

El autor principal de la investigación, Sean Farrell, del Instituto de Astronomía de Sydney, en Australia, ha descubierto este agujero negro inusual en el año 2009, mediante el telescopio espacial de rayos X, XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea. Conocido como HLX-1, el agujero negro pesa 20.000 masas solares, y se encuentra hacia el borde de la galaxia ESO 243-49, a 290 millones de años luz de la Tierra.

Farrell y su equipo observaron el HLX-1, simultáneamente, con el observatorio Swift de la NASA, y el Hubble. La intensidad y el color de la luz mostraron un cúmulo de estrellas jóvenes rodeando el agujero negro el Hubble no pudo captar las estrellas individualmente, por lo que el grupo sospecha que están demasiado lejos.

El equipo de Farrell detectó luz azul proveniente del gas caliente alrededor del agujero negro, y también detectó luz roja producida por gas mucho más frío, que proviene probablemente de las estrellas. Los modelos informáticos sugieren la presencia de un grupo joven y masivo de estrellas que rodean el agujero negro.

Tales cúmulos jóvenes de estrellas se ven comúnmente en galaxias cercanas, pero no en la situación donde se encuentra el HLX-1. La mejor explicación es que el HLX-1 era el agujero negro central de una galaxia enana que fue absorbida por el choque con una galaxia mayor -al mismo tiempo, nuevas estrellas jóvenes se formaron en el encuentro. Según Farrell y Servillat, el cúmulo de estrellas debe ser inferior a 200 millones de años, lo cual significa que la mayor parte de estas estrellas se formaron después de la colisión.

El futuro del agujero negro es incierto en este momento, depende de su trayectoria, que es actualmente desconocida. "Este agujero negro es el único agujero negro de masa intermedia encontrado hasta ahora. Su rareza sugiere que estos agujeros negros son accesibles por un corto período tiempo", concluye Servillat.

Fuente:

Europa Press

El Hubble 'capta' materia oscura en cúmulos de galaxias

Cúmulo de galaxias captado por el 'Hubble'. | NASA / ESA

El telescopio espacial Hubble de la NASA y la ESA ha logrado captar la imagen de un cúmulo de galaxias, llamado MAC J1206, con retorcidas formas que, según los astrónomos, son causadas por la misteriosa 'materia oscura', de la que se sabe que tiene el doble de gravedad y logra 'retorces' los rayos de luz.

Este es uno de los primeros datos conseguidos dentro de un proyecto internacional en el cual se quiere reconstruir mapas más detallados de esta misteriosa materia y sugiere que es algo mucho más denso de lo que se pensaba en el interior de estos racimos de cientos o miles de galaxias.

Hasta ahora, el equipo CLASH tiene identificada la presencia de materia oscura en 25 cúmulos masivos de galaxias y la ha observado en seis de ellos. Es un 'bulto' en la materia del Universo que se detecta únicamente midiendo los tirones que produce su fuerza de gravedad en la materia visible y observando cómo 'comba' el espacio-tiempo, del mismo modo que hay espejos en los parques de atracciones que deforman las imágenes.

Para los astrónomos, racimos como el MAC 1206 son laboratorios perfectos para estudiar estos efectos, dado que son las estructuras más masivas del universo ligadas por la gravedad. De hecho, actúan como lentes cósmicas gigantes, amplificando, torciendo y doblando cualquier luz que pase a través de ellas.

Estas distorsiones, según los científicos, son la prueba de que existe allí la materia oscura. Si sólo hubiera materia visible, serían mucho menores.

El racimo MAC 1206 está a 4.000 millones de años luz de la Tierra. El 'Hubble' logró captar 47 imágenes de sus lejanas galaxias, algo que es sólo posible con un telescopio espacial. De hecho, logra captar galaxias cuya luz es cuatro veces más débil de la que se pueden observar desde tierra. Sin embargo, en este proyecto se utilizan también telescopios terrestres, como el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Austral Europeo (ESO), que también está recogiendo imágenes de racimos de galaxias con algunos instrumentos.

Aún no se sabe cuándo se formaron estos cúmulos galácticos, aunque se estima que hace entre 9.000 y 12.000 millones de años, tan sólo 2.000 millones después del Big Bang. Si se probara que casi todas estas acumulaciones de galaxias tienen mucha materia oscura en su corazón central, se tendrían importantes pistas sobre la formación de la estructura del Universo.

Fuente:

El Mundo Ciencia

La luz sale al recate de Einstein: Cúmulos de galaxias validan la Teoría de Einstein

Después de que el experimento de los neutrinos pusiera en duda sus postulados más fundamentales, la medición de la luz de las galaxias confirma, por primera vez a escala cósmica, la teoría de la relatividad del genial físico.

Hubble

Los investigadores analizaron 8.000 cúmulos de galaxias

Si los científicos del CERN y su experimento de los neutrinos más rápidos que la luz no quisieron dar la razón a Einstein hace tan solo unos días, el Universo entero lo hace ahora a lo grande. Investigadores del Centro de Cosmología Oscura en el instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague han puesto a prueba por primera vez la teoría de la Relatividad a una escala mayor que el Sistema Solar. Los científicos han logrado medir cómo la luz emitida por las galaxias es afectada por la gravedad, y sus resultados, publicados en la revista Nature, confirman lo que en su día anunció el genial físico de origen alemán. En efecto, las grandes masas como las galaxias pueden afectar a la velocidad de los fotones, retrasando su llegada a la Tierra como si se tratara de un obstáculo. Además, la investigación respalda la existencia de la materia y la energía oscura, unas fuerzas invisibles cuestionadas por algunos teóricos.

Hasta ahora, los científicos han estudiado intensamente las propiedades de la luz que emiten las estrellas, el único vínculo físico que nos une a ellas. De esta forma, pueden averiguar si esa estrella se acerca o se aleja de nosotros y a qué velocidad. ¿Cómo es posible? La longitud de onda de un rayo de luz se deforma con el movimiento, hacia la parte roja del espectro electromagnético (lo que se llama corrimiento hacia el rojo) o hacia la parte azul, según el objeto emisor está alejándose o acercándose. El corrimiento al rojo indica cuánto se ha expandido el Universo desde que la luz fue emitida hasta que llegó a la Tierra. Además, de acuerdo con la teoría general de la relatividad de Einstein, la luz también se ve afectada por la gravedad de las grandes masas, y lo rayos luminosos sufren alteraciones al pasar cerca de fuertes campos gravitatorios, como las galaxias y los agujeros negros. En ese caso, se produce un corrimiento al rojo por causa de la gravedad. Pero esta influencia gravitatoria de la luz nunca se había medido en una escala cosmológica.

«Es realmente maravilloso. Vivimos en una época con la capacidad tecnológica para medir realmente estos fenómenos», dice el astrofísico Radek Wojtak, responsable de la investigación. El equipo examinó las mediciones de luz de aproximadamente 8.000 cúmulos de galaxias. Estos clusters son acumulaciones de miles de galaxias unidas por su propia gravedad. Esta gravedad afecta a la luz que las galaxias envían al espacio.

Teoría confirmada

Los investigadores analizaron las galaxias que se encuentran en mitad de los cúmulos y las que están en la periferia, y midieron la longitud de onda de la luz. En efecto, descubrieron pequeñas diferencias en el corrimiento al rojo. «La luz emitida por galaxias en mitad de un cúmulo tiene que "arrastrarse" a través del campo gravitacional, mientras que la luz de las galaxias distantes lo tiene más fácil para emerger», explica Wojtak.

Después, los científicos midieron la masa total del cúmulo galáctico y su potencial gravitatorio. Mediante el uso de la teoría general de la relatividad, pudieron calcular el desplazamiento al rojo para los diferentes lugares de las galaxias. Y, sí, Einstein no se equivocaba. «Resultó que los cálculos teóricos del corrimiento hacia el rojo gravitatorio sobre la base de la teoría de la relatividad general estaban en completo de acuerdo con las observaciones astronómicas. Nuestras observaciones confirman la teoría de la relatividad», afirma el investigador.

Materia y energía oscuras

El descubrimiento puede ayudar a desentrañar algunos de los misterios del Universo, como la materia y la energía oscuras. Además de los cuerpos celestes visibles como las estrellas, planetas y galaxias, el Universo se compone de una gran cantidad de materia que los investigadores creen que tiene que estar allí pero que no puede ser observada, ya que no emite ni refleja la luz. Es invisible y por eso se llama materia oscura. Otro de los componentes es la energía oscura, que de acuerdo con los modelos teóricos actúa como una especie de vacío que provoca la aceleración de la expansión del Universo. Según los cálculos, que se basan en la teoría de la relatividad de Einstein, la energía oscura constituye el 72% de la estructura del cosmos. Discutida por algunos teóricos, los nuevos resultados avalan su existencia.

Fuentes:

ABC Ciencia

Ciencia Kanija