A diferencia de los humanos, las estrellas nacen con todo el peso que tendrán. El peso al nacer de un ser humano varía solo unas pocas libras, pero el peso de una estrella varía de menos de una décima a más de 100 veces la masa de nuestro Sol. Aunque los astrónomos saben que las estrellas vienen en una variedad de masas, todavía están perplejas cuando se trata de averiguar si las estrellas tienen un límite de peso al nacer.
Ahora los astrónomos han dado un paso importante para establecer un límite de peso para las estrellas. Usando el telescopio espacial Hubble de la NASA, los astrónomos realizaron la primera medición directa dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, de que las estrellas tienen un límite de cuán grandes pueden formarse. Al estudiar el cúmulo de estrellas más denso conocido en nuestra galaxia, el cúmulo de Arcos, los astrónomos determinaron que las estrellas no se crean más de 150 veces la masa de nuestro Sol, o 150 masas solares.
El hallazgo lleva a los astrónomos más cerca de comprender el complejo proceso de formación de estrellas y brinda la base más sólida hasta la fecha de que las estrellas tienen un límite de peso. Saber qué tan grande puede formarse una estrella puede ofrecer pistas importantes sobre cómo el universo hace estrellas. Las estrellas masivas son los "motores y agitadores" del universo. Fabrican muchos de los elementos más pesados del cosmos, que son los bloques de construcción de nuevas estrellas y planetas. Las estrellas fuertes también pueden ser la fuente de explosiones titánicas de rayos gamma, que inundan una galaxia con radiación.
"Este es un cúmulo increíble que contiene una rica colección de algunas de las estrellas más masivas de la galaxia, pero parece que faltan estrellas más masivas que 150 veces la masa de nuestro Sol", dijo el astrónomo Donald F. Figer de el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland. “Las teorías predicen que cuanto más masivo es el cúmulo, más masivas son las estrellas dentro de él. Observamos uno de los cúmulos más masivos de nuestra galaxia y descubrimos que hay un límite agudo en cuanto al tamaño que puede formar una estrella.
“Las teorías estándar predicen de 20 a 30 estrellas en el grupo Arches con masas entre 130 y 1,000 masas solares. Pero no encontramos ninguno. Si se hubieran formado, los habríamos visto. Si la predicción fue solo una o dos estrellas y no vimos ninguna, entonces podríamos afirmar que nuestro resultado podría deberse a errores estadísticos ".
Figer está realizando estudios de seguimiento para determinar un límite superior en otros cúmulos estelares para probar su resultado. Su hallazgo es consistente con estudios estadísticos de cúmulos estelares de masas más pequeñas en nuestra galaxia y con observaciones de un cúmulo estelar masivo conocido como R136 en nuestro vecino galáctico, la Gran Nube de Magallanes. En ese grupo, los astrónomos descubrieron que las estrellas no se crearon a más de 150 masas solares.
Los astrónomos no han estado seguros de cuán grande puede ser una estrella antes de que no pueda mantenerse unida y explotar. Incluso con los avances tecnológicos, los astrónomos no saben lo suficiente sobre los detalles del proceso de formación de estrellas para determinar un límite de masa superior para las estrellas. En consecuencia, las teorías han predicho que las estrellas pueden ser entre 100 y 1,000 veces más masivas que nuestro Sol. Predecir un límite de peso más bajo para las estrellas ha sido más fácil. Los objetos de menos de una décima parte de una masa solar no son lo suficientemente fuertes como para mantener la fusión nuclear en sus núcleos y brillar como estrellas.
Hacer este hallazgo fue tan complicado que Figer pasó siete años desconcertado sobre los datos del Hubble. Los resultados se publican en la edición del 10 de marzo de la revista Nature.
"Sabiendo que los reclamos extraordinarios exigen pruebas extraordinarias, me rasqué la cabeza durante mucho tiempo tratando de descubrir por qué el resultado podría estar equivocado", dijo.
Figer usó la cámara infrarroja cercana y el espectrómetro de objetos múltiples del Hubble para estudiar cientos de estrellas que van desde 6 hasta 130 masas solares. (Aunque Figer no encontró ninguna estrella de más de 130 masas solares, estableció de manera conservadora el límite superior en 150 masas solares). El cúmulo Arches es un joven, de aproximadamente 2 a 2.5 millones de años, y reside a 25,000 años luz de distancia en nuestro El centro de la galaxia, un semillero de formación estelar masiva. En esta región agitada, grandes nubes de gas chocan para formar estrellas gigantes.
La cámara infrarroja del Hubble es muy adecuada para analizar los arcos porque penetra en el núcleo polvoriento de nuestra galaxia y produce imágenes nítidas, lo que permite que el telescopio vea estrellas individuales en un cúmulo apretado. Figer estimó las masas de las estrellas midiendo las edades del cúmulo y el brillo de las estrellas individuales. También colaboró con Francisco Najarro del Instituto de Estructura de la Materia en Madrid, quien produjo modelos detallados para confirmar las masas, las abundancias químicas y las edades de las estrellas del cúmulo.
Un grupo debe cumplir una larga lista de requisitos para que los astrónomos lo usen para identificar un límite de masa superior. El cúmulo debe ser lo suficientemente fuerte, alrededor de 10,000 masas solares, para producir estrellas lo suficientemente grandes como para sondear el límite superior. Un grupo tampoco puede ser demasiado joven o demasiado viejo. ¿Seleccionar un clúster más antiguo? más allá de 2.5 millones de años? significa que muchas de las estrellas jóvenes masivas ya han explotado como supernovas. En un grupo muy joven? menos de 2 millones de años? Muchas de las estrellas todavía están envueltas en sus nubes de polvo natal, y los astrónomos no pueden verlas.
Otro factor importante es la distancia de un grupo de la Tierra. Los astrónomos deben conocer la distancia del cúmulo para estimar de manera confiable el brillo de sus estrellas, un ingrediente clave utilizado para estimar la masa de una estrella. El cúmulo también debe estar lo suficientemente cerca como para ver estrellas individuales. El grupo Arches es el único grupo en la galaxia que cumple con todos esos requisitos, dijo Figer.
Los arcos eclipsan a casi cualquier otro cúmulo estelar en la galaxia. Con una masa equivalente a más de 10,000 estrellas como nuestro Sol, el cúmulo de monstruos es 10 veces más pesado que los cúmulos de estrellas jóvenes típicos, como el cúmulo de Orión, dispersos por nuestra Vía Láctea. Si nuestro vecindario galáctico estuviera tan abarrotado de estrellas, más de 100,000 estrellas llenarían el vacío del espacio entre nuestro Sol y su vecino más cercano, la estrella Alpha Centauri, a 4.3 años luz de distancia. Los astrónomos estiman que solo 1 de cada 10 millones de estrellas en la galaxia es tan brillante como las estrellas en el cúmulo de Arcos. Al menos una docena de estrellas del cúmulo pesan aproximadamente 100 veces la masa de nuestro Sol.
Figer advierte que el límite superior no descarta la existencia de estrellas de más de 150 masas solares. Tales estrellas fuertes, si existen, podrían haber ganado peso al fusionarse con otra estrella masiva. Por ejemplo, la joven estrella Pistola, ubicada cerca de nuestro centro galáctico, es de 150 a 250 veces más masiva que nuestro Sol. Sin embargo, esta estrella gigante parece fuera de lugar porque habita en un vecindario de estrellas más antiguas. Una forma de explicar esta aparente paradoja, dijo Figer, es que la Pistola podría ser una estrella "nacida de nuevo", formada a partir de la fusión de dos estrellas. Su explicación no es solo teoría. Los astrónomos han encontrado estrellas más antiguas que han renacido a través de fusiones con otras estrellas en antiguos cúmulos de estrellas globulares.
La pistola también podría ser parte de un sistema de doble estrella que se hace pasar por una sola estrella gigante. Las dos estrellas no han sido desenmascaradas porque ni siquiera pueden ser resueltas por el telescopio Hubble.
Los astrónomos también advierten que los sistemas de doble estrella podrían formar algunas de las estrellas más masivas del grupo Arches. Esto significa que el límite superior en los Arcos podría ser inferior a 150 masas solares, pero no superior.
El siguiente paso de Figer es identificar más grupos para probar su límite de peso. Varios telescopios, incluido el telescopio espacial Spitzer, han estado buscando nuevos cúmulos estelares en nuestra Vía Láctea. En los últimos dos años, el número de cúmulos conocidos en nuestra galaxia se ha duplicado de unos pocos cientos a 500, dijo Figer. Muchos de los grupos recientemente encontrados se compilan en el catálogo Two Micron All Sky Survey (2MASS). Figer ya ha identificado alrededor de 130 de estos grupos recientemente descubiertos como posibles candidatos para estudiar. La NASA ha reconocido el importante trabajo de Figer al otorgarle un premio de astrofísica espacial a largo plazo de cinco años, que respaldará su búsqueda de las estrellas más masivas de la Vía Láctea.
Fuente original: Comunicado de prensa del Hubble
