Los cúmulos globulares revelan los secretos del universo primigenio

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Nuestra gran galaxia, la Vía Láctea, se enciende con los fuegos de 200 mil millones de estrellas, y cuando se observa en lo alto sobre nosotros en el cielo en una noche clara y oscura, es una vista magnífica, que se extiende como una sonrisa celestial de horizonte a horizonte. Antes de que nuestra Galaxia se agotara, el Universo estaba lleno de gas de hidrógeno, así como pequeñas cantidades de helio, y este gas estaba destinado a evolucionar en innumerables estrellas, su entorno de planetas en órbita, lunas, así como formas de vida conscientes en la Tierra. – y probablemente en otro lugar. Los cúmulos globulares son colecciones esféricas de estrellas que orbitan el núcleo de una galaxia como satélites, y están unidas a sus galaxias anfitrionas por la gravedad. Los cúmulos globulares que realizan una danza deslumbrante alrededor de nuestra propia Vía Láctea son casi tan antiguos como el Universo mismo. En abril de 2020, un equipo de astrónomos anunció que sus simulaciones de supercomputadoras indican que estos cúmulos muy antiguos nacieron como resultado de los mismos mecanismos que crearon las primeras estrellas de nuestra Galaxia, lo que las convierte en reliquias naturales de la formación de estrellas primordiales en el Universo antiguo.

Las simulaciones de supercomputadoras fueron creadas por un equipo de astrónomos liderados por el Dr. Joel Pfeffer de la Universidad John Moores de Liverpool (Reino Unido) y el Dr. Diederik Kruijssen de la Universidad de Heidelberg (Alemania). Según los científicos, «este enfoque resuelve con elegancia uno de los mayores misterios de la astronomía».

Los cúmulos globulares están muy estrechamente unidos por la gravedad, lo que les proporciona una forma esférica, así como densidades estelares confiablemente altas hacia sus centros. El nombre de este tipo de cúmulo de estrellas se deriva del latín globulus – que significa una pequeña esfera. Un cúmulo globular se refiere a veces más casualmente como simplemente un globular.

Los globulares se encuentran generalmente en el halo de una galaxia, y albergan estrellas más importantes y son mucho más antiguos que los cúmulos estelares abiertos menos densos, que habitan el disco de una galaxia. Los globulares son muy comunes, y se sabe que aproximadamente 150 a 158 circundan nuestra Vía Láctea. Sin embargo, se cree que puede haber entre 10 y 20 más que aún no se han descubierto. Los globulares de nuestra galaxia lo rodean en un radio de aproximadamente 130,000 años luz, o más. Cuanto más grande es la galaxia, más globulares posee. Por ejemplo, la galaxia de Andrómeda , una espiral grande como nuestra Vía Láctea, puede tener hasta 500 de estos cúmulos estelares. En contraste dramático. algunas galaxias elípticas gigantes pueden tener hasta 13,000 globulares.

De hecho, toda galaxia que tenga suficiente masa en el grupo local de galaxias, de la que forma parte nuestra Vía Láctea, tiene un séquito asociado de globulares . De hecho, casi todas las grandes galaxias estudiadas hasta ahora por los astrónomos están orbitadas por un sistema de estos objetos esféricos. La galaxia enana Sagitario y la polémica galaxia enana Canis Major , que son satélites de nuestra Vía Láctea, parecen estar en el proceso de aportar sus grupos globulares constituyentes a nuestra Galaxia. Esto proporciona una pista importante acerca de cuántos cúmulos globulares pueden haber sido arrebatados de otras galaxias por nuestra Vía Láctea en el pasado.

Aunque se cree que los cúmulos globulares están poblados por la primera generación de estrellas nacidas en el Universo, sus orígenes, así como su papel en la evolución galáctica, no se conocen bien. Sin embargo, parece que los globulares son diferentes de las galaxias elípticas enanas, y que se formaron como parte del proceso de formación de estrellas que ocurre dentro de su galaxia progenitora, en lugar de galaxias separadas por derecho propio.

Galaxias y globulares

Nuestra Vía Láctea es solo una de miles de millones de otras galaxias en el Universo visible. Como nuestra galaxia, ha sido estudiada extensivamente por los astrónomos, y actualmente los científicos tienen una comprensión firme de su naturaleza. Mucho antes de que surgiera nuestra Estrella, el Sol y su familia de planetas, lunas y objetos más pequeños, se insertó nuestra Galaxia Vía Láctea. El antiguo Universo estaba lleno de gas, y este gas (principalmente hidrógeno y helio) evolucionó hasta convertirse en estrellas y sus sistemas solares circundantes. Pero antes de que los sistemas solares, como el nuestro, pudieran formarse, las galaxias tenían que existir.

Muchos astrónomos piensan que nuestra Vía Láctea nació dentro de una nube gigante, bastante esférica, de gas frío, que gira lenta y majestuosamente en el espacio. En algún momento, la frígida nube gigante de gas comenzó a colapsarse sobre sí misma (condensada), de la misma manera que las nubes que agitan el nacimiento de estrellas individuales también colapsaron. Al principio, es posible que algunas estrellas hayan nacido cuando la nube de gas comenzó a fragmentarse alrededor de sus bordes, con cada fragmento individual colapsando aún más para formar una estrella bebé o un grupo de estrellas. Debido a que la nube era esférica en ese momento, los astrónomos han observado algunas estrellas muy ancianas dispersas en un halo esférico alrededor del exterior de nuestra Galaxia hoy. Las primeras estrellas nacidas en el Universo primordial estaban formadas únicamente por el hidrógeno y el gas helio que componían su nube natal.

La nube de nacimiento de estrellas continuó colapsando cada vez más, y más y más estrellas nacieron al hacerlo. Debido a que la nube estaba girando, la forma esférica finalmente se aplanó formando un disco, y las estrellas bebés que habían nacido en este antiguo tiempo comenzaron a poblar en gran medida esta región del disco. A medida que el nacimiento de nuevas estrellas bebés continuaba, algunas de las estrellas más viejas tuvieron tiempo suficiente para acercarse al final de ese largo camino estelar y terminar su vida de quema de hidrógeno en el Diagrama de Hertzsprung-Russell de Evolución Estelar. Cuando las estrellas han terminado de quemar su suministro necesario de combustible de hidrógeno, están condenadas a «morir». El proceso de fusión nuclear mantiene a una estrella activa y juvenil, ya que fusiona sus elementos atómicos más ligeros en cosas más pesadas, como carbono, oxígeno, neón, níquel y hierro. Una vez que una estrella masiva contiene un núcleo de hierro … ¡ eso es todo! La desafortunada estrella masiva explota en la furia de una explosión de supernova. En el proceso, estas personas mayores estelares enriquecen su entorno con estos elementos atómicos pesados ​​recién forjados. Esto se debe a que explotan estos elementos en el espacio entre las estrellas, donde pueden incorporarse a poblaciones estelares más jóvenes. La generación más joven de estrellas, de la que es miembro nuestro Sol, está clasificada como estrellas de Población I. La generación más antigua de estrellas, nacidas en el universo antiguo, se denominan estrellas de Población III. Las estrellas de la Población II son muy antiguas, pero no tan antiguas como las de la Población III , y no son tan jóvenes como nuestro hinchable Población I Sol y otras estrellas de su generación juvenil.

De acuerdo con la clasificación de las galaxias , las galaxias espirales , como nuestra Vía Láctea, están compuestas por un disco plano y giratorio poblado de estrellas, gases y polvo. Las espirales también contienen una colección central de habitantes estelares llamada bulto . Toda la galaxia espiral está rodeada por un falso halo que también alberga estrellas, muchas de las cuales son habitantes de grupos globulares.

El primer cúmulo globular conocido, ahora llamado M22, fue descubierto en 1665 por Johann Abraham Ihle (1627-1699?), Un astrónomo amateur de Alemania. Sin embargo, las estrellas individuales que habitan en los globulares no se pudieron resolver hasta que el astrónomo francés Charles Messier (1730-1817) observó otro globular, llamado M4, en 1764. Cuando el astrónomo germano-inglés William Herschel (1738-1822) comenzó su estudio exhaustivo de Usando grandes telescopios en 1782, había 34 globulares conocidos, y descubrió otros 36. Herschel también fue el primero en resolver literalmente todos ellos en sus estrellas componentes. Se le atribuye haber acuñado el término cúmulos globulares en su Catálogo de las Mil nuevas nebulosas y cúmulos de estrellas publicado en 1789.

El número de globulares conocidos que habitan nuestra galaxia ha seguido aumentando con el paso del tiempo, llegando a 83 en 1915, 93 en 1930 y 97 en 1947. Un total de 152 cúmulos globulares han sido descubiertos en nuestra Vía Láctea, a partir de una un total estimado de 180 ceder o tomar 20. Se cree que estos globulares adicionales, aún no descubiertos, están velados detrás de los oscuros gases y el polvo de nuestra galaxia.

Los globulares cuentan sus secretos antiguos

Nuestra galaxia de hoy es muy diferente de la nube de gas frío de la que nació hace miles de millones de años. Ya no es una masa esférica compuesta principalmente de hidrógeno. Si bien los astrónomos no pueden «retroceder» y observar nuestra Vía Láctea como un todo, pueden mirar hacia el espacio intergaláctico y observar otras galaxias que se cree que son similares a las nuestras.

A pesar de que durante mucho tiempo se ha entendido que las galaxias como la nuestra están rodeadas por cientos de globulares , la cuestión de cómo se formaron estos cúmulos esféricos en primer lugar sigue siendo uno de los misterios más intrigantes de la astrofísica. Los astrónomos de Liverpool y Heidelberg ahora han presentado sus nuevas simulaciones de supercomputadoras para resolver esta difícil pregunta. Para lograr esto, los científicos utilizaron los modelos actuales de formación de cúmulos globulares , y se les ayudó en sus esfuerzos mediante el uso de la simulación EAGLE de vanguardia del nacimiento de galaxias. El proyecto, titulado Ensamblaje de la población del cúmulo de estrellas en simulaciones cosmológicas dentro de EAGLE, o E-MOSAICS para abreviar, muestra cómo las condiciones cambiantes que ocurren dentro de las galaxias a lo largo de 13 mil millones de años influyen en la formación y evolución de sus globulares.

Para su nuevo estudio, los astrónomos comenzaron con la idea de que los globulares se formaron de la misma manera que los cúmulos estelares recién nacidos que emergen de regiones con gran cantidad de gases de galaxias cercanas en la actualidad. E-MOSAICS les ayudó a probar esta teoría en una población observada de globulares que rodea nuestra Vía Láctea. «Las simulaciones muestran que los primeros cúmulos de estrellas se forman solo unos cientos de millones de años después del Big Bang. La Vía Láctea», explicó el Dr. Kruijssen en un comunicado de prensa de la Universidad de Heidelberg del 6 de abril de 2020 . El Dr. Kruijssen es un líder de un grupo de investigación en el Instituto de Computación Astronómica en el Centro de Astronomía de la Universidad de Heidelberg (ZAH).

Antes de este estudio, se necesitaban algunas suposiciones inusuales para explicar el misterioso origen de los cúmulos globulares. Sin embargo, las nuevas simulaciones de supercomputadoras revelan una explicación que es completamente natural al usar la física de formación estelar familiar y luego aplicarla a las condiciones que existen en el Universo primordial. Según el Dr. Pfeffer, el autor principal del estudio, los globulares son el resultado inevitable de la formación intensa de estrellas cuando nuestro Cosmos era joven. Poco después del nacimiento del Universo del Big Bang, hace aproximadamente 13.800 millones de años, las nubes de gas que flotaban en las galaxias eran mucho más densas que las de las galaxias de hoy.

El Dr. Kruijssen explicó en el comunicado de prensa de la Universidad de Heidelberg del 6 de abril de 2020 que «estas densas nubes alimentaron muy eficientemente la formación de cúmulos de estrellas de hasta un millón de estrellas.

Los astrónomos esperan usar E-MOSAICS para reconstruir la historia de formación de las galaxias basándose en la formación de cúmulos de estrellas primordiales. De esta manera, esperan obtener una nueva comprensión de la formación de nuestra Galaxia Vía Láctea. Los nuevos resultados fueron publicados en los Avisos Mensuales de la Royal Astronomical Society.

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