Los cúmulos globulares son regiones del espacio donde las estrellas están densamente juntas, 10,000 veces más densas que nuestro vecindario estelar local. Nueva evidencia del telescopio espacial Hubble ha demostrado que los cúmulos globulares se resolverán, acumulando estrellas más masivas en el centro y empujando a las estrellas menos masivas hacia los bordes. Hubble capturó imágenes del cúmulo globular 47 Tucanae durante casi 7 años, lo que permitió a los astrónomos trazar cuidadosamente las posiciones de las estrellas que se movían en el cúmulo y luego calcular qué tan cerca estaban del centro.
Imagínese tratando de entender cómo funciona un juego de fútbol basado en solo algunas instantáneas borrosas del juego en juego. Los astrónomos se han enfrentado a este desafío cuando se trata de comprender la dinámica del enjambre de estrellas de la colmena en los cúmulos de estrellas globulares que orbitan nuestra Vía Láctea. Ahora, el Telescopio Espacial Hubble de la NASA ha proporcionado a los astrónomos la mejor evidencia observacional hasta la fecha de que los cúmulos globulares clasifican las estrellas de acuerdo con su masa, gobernado por un juego de bolas de billar gravitacional entre estrellas. Las estrellas más pesadas se ralentizan y se hunden en el núcleo del cúmulo, mientras que las estrellas más ligeras aumentan su velocidad y se mueven a través del cúmulo hacia su periferia. Este proceso, llamado "segregación de masas", se sospecha desde hace mucho tiempo para los cúmulos estelares globulares, pero nunca antes se había visto directamente en acción.
Un cúmulo globular típico contiene varios cientos de miles de estrellas. Aunque la densidad de las estrellas es muy pequeña en las afueras de tales sistemas estelares, la densidad estelar cerca del centro puede ser más de 10,000 veces mayor que en la vecindad local de nuestro Sol. Si viviéramos en esa región del espacio, el cielo nocturno estaría en llamas con 10,000 estrellas que estarían más cerca de nosotros que la estrella más cercana al Sol, Alpha Centauri, que está a 4,3 años luz de distancia (o aproximadamente 215,000 veces la distancia entre la tierra y el sol). Al igual que un vagón de metro lleno de viajeros, este abarrotamiento estelar aumenta considerablemente la probabilidad de encuentros entre estrellas, incluso colisiones y fusiones. El resultado acumulativo de muchos de estos encuentros es la segregación de masa teóricamente esperada. Pero al mismo tiempo, estas condiciones de hacinamiento hacen que sea extremadamente difícil identificar con precisión las estrellas individuales.
Los astrónomos tuvieron que esperar la extrema nitidez de la visión del Hubble para rastrear los movimientos de muchos miles de estrellas en un solo cúmulo globular. Ahora se han medido velocidades muy precisas para 15,000 estrellas en el centro del cúmulo globular cercano 47 Tucanae, uno de los cúmulos globulares más densos del hemisferio sur. Un pequeño número de estas estrellas son de un tipo muy raro conocido como "rezagados azules": estrellas inusualmente calientes y brillantes que durante mucho tiempo se pensó que eran producto de colisiones entre dos estrellas normales.
Las velocidades de las estrellas rezagadas azules concuerdan con las predicciones de segregación de masas. En particular, una comparación entre los rezagados azules (que tienen el doble de masa que la estrella promedio) y otras estrellas muestra que, como se esperaba, se mueven más lentamente que las estrellas promedio.
Utilizando la cámara 2 de campo ancho y planetaria y el nuevo instrumento Advanced Camera for Surveys en Hubble, Georges Meylan de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) en Sauverny, Suiza, y sus colaboradores tomaron diez juegos de múltiples imágenes de la región central (a una distancia de unos 6 años luz del centro) de 47 Tucanae. Las imágenes fueron tomadas a intervalos regulares durante casi siete años. Al medir cuidadosamente las posiciones de hasta 130,000 estrellas en cada una de estas "instantáneas", los cambios de posición extremadamente pequeños podrían medirse con el tiempo, traicionando los movimientos de las estrellas a través del cielo. Se obtuvieron velocidades precisas para casi 15,000 estrellas en este cúmulo. De estos 15,000, 23 eran rezagados azules.
Esta es la mayor muestra de velocidades jamás reunida, por cualquier técnica con cualquier instrumento, para un cúmulo globular en la Vía Láctea. Los resultados también se utilizaron para verificar si existe un agujero negro en el núcleo del clúster, buscando su atracción gravitacional. Pero los movimientos estelares medidos descartan un agujero negro muy masivo.
Con estas observaciones, Hubble logró en menos de una década lo que habría requerido telescopios terrestres durante casi un siglo debido a las condiciones de observación más pobres desde el suelo. El estudio hubiera sido imposible sin la visión aguda del Hubble. Desde el suelo, el efecto difuminado de la atmósfera de la Tierra difumina la imagen de las numerosas estrellas en el núcleo del cúmulo abarrotado. Se encontró que el movimiento angular típico de incluso las estrellas normales en el centro de 47 Tucanae era de poco más de una diez millonésima parte de un grado por año. Esto significa que el movimiento angular de una estrella en un año es equivalente al tamaño angular de una moneda de diez centavos visto como si estuviera a 4.500 millas de distancia.
Para aprovechar al máximo estas exquisitas imágenes de Hubble, los astrónomos desarrollaron métodos de análisis de datos completamente nuevos, que finalmente proporcionaron mediciones de movimientos (velocidades) adecuados que correspondían a cambios en las posiciones de las estrellas a un nivel de aproximadamente 1/100 de píxel (imagen -elemento) en las cámaras digitales del Hubble.
Los resultados se publicaron en la serie de suplementos de Astrophysical Journal de septiembre.
El equipo internacional estaba formado por los siguientes científicos: D.E. McLaughlin (Universidad de Leicester), J. Anderson (Universidad de Rice), G. Meylan (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), K. Gebhardt (Universidad de Texas en Austin), C. Pryor (Universidad de Rutgers), D. Minniti (Pontifica Universidad Católica) y S. Phinney (Caltech).
Fuente original: Comunicado de prensa del Hubble
