Objetivos de aprendizaje
Al final de esta sección, podrá:
- Explicar cómo los cúmulos estelares nos ayudan a comprender las etapas de la evolución estelar
- Enumerar los diferentes tipos de cúmulos estelares y describir cómo difieren en número de estrellas, estructura y edad
- Explicar por qué la composición química de los cúmulos globulares es diferente de la de los cúmulos abiertos
La descripción anterior de la evolución estelar se basa en cálculos. Sin embargo, ninguna estrella completa su vida de secuencia principal o su evolución a una gigante roja lo suficientemente rápido como para que podamos observar estos cambios estructurales a medida que ocurren. Afortunadamente, la naturaleza nos ha proporcionado una forma indirecta de probar nuestros cálculos.
En lugar de observar la evolución de una sola estrella, podemos observar un grupo o cúmulo de estrellas. Buscamos un grupo de estrellas que estén muy juntas en el espacio, unidas por la gravedad, a menudo moviéndose alrededor de un centro común. Entonces es razonable suponer que las estrellas individuales del grupo se formaron casi al mismo tiempo, a partir de la misma nube y con la misma composición. Esperamos que estas estrellas difieran solo en masa. Y sus masas determinan qué tan rápido pasan por cada etapa de sus vidas.
Dado que las estrellas con masas más altas evolucionan más rápidamente, podemos encontrar cúmulos en los que las estrellas masivas ya han completado su fase de evolución de la secuencia principal y se convierten en gigantes rojas, mientras que las estrellas de menor masa en el mismo cúmulo siguen en la secuencia principal, o incluso, si el cúmulo es muy joven, están experimentando una contracción gravitacional pre-secuencia principal. Podemos ver muchas etapas de la evolución estelar entre los miembros de un solo cúmulo, y podemos ver si nuestros modelos pueden explicar por qué los diagramas H–R de cúmulos de diferentes edades se ven de la manera que lo hacen.
Los tres tipos básicos de cúmulos que los astrónomos han descubierto son cúmulos globulares, cúmulos abiertos y asociaciones estelares. Sus propiedades se resumen en el Cuadro 1. Como veremos en la siguiente sección de este capítulo, los cúmulos globulares contienen solo estrellas muy viejas, mientras que los cúmulos abiertos y las asociaciones contienen estrellas jóvenes.
| la Tabla 1. Características de los Cúmulos de Estrellas | |||
|---|---|---|---|
| Característica | Cúmulos Globulares | Cúmulos Abiertos | Asociaciones |
| Número en el Galaxy | 150 | Miles | Miles |
| Ubicación en la Galaxia | Halo y abombamiento central | Disco (y de los brazos espirales) | brazos en Espiral |
| Diámetro (en años-luz) | 50-450 | <30 | 100-500 |
| Masa el valor msolar | 104 a 106 | 102-103 | 102-103 |
| Número de estrellas | 104 a 106 | 50 a 1000 | 102-104 |
| Color de las estrellas más brillantes | Rojo | Rojo o azul | Azul |
| Luminosidad de clúster (en la parte superior derecha) | 104 a 106 | 102-106 | 104-107 |
| edades Típicas | miles de Millones de años | Un par de cientos de millones de años, en el caso de inusualmente grandes grupos, más de mil millones de años | Hasta alrededor de 107 años |
Los cúmulos globulares
A los cúmulos globulares se les dio este nombre porque son sistemas redondos casi simétricos de, típicamente, cientos de miles de estrellas. El cúmulo globular más masivo de nuestra propia galaxia es Omega Centauri, que está a unos 16.000 años luz de distancia y contiene varios millones de estrellas (Figura 1). Tenga en cuenta que las estrellas más brillantes de este cúmulo, que son gigantes rojas que ya han completado la fase de secuencia principal de su evolución, son de color rojo anaranjado. Estas estrellas tienen temperaturas superficiales típicas de alrededor de 4000 K. Como veremos, los cúmulos globulares se encuentran entre las partes más antiguas de nuestra Vía Láctea.
Figura 1. Omega Centauri: (a) Ubicado a unos 16.000 años luz de distancia, Omega Centauri es el cúmulo globular más masivo de nuestra Galaxia. Contiene varios millones de estrellas. (b)Esta imagen, tomada con el Telescopio Espacial Hubble, se acerca al centro de Omega Centauri. La imagen tiene aproximadamente 6,3 años luz de ancho. Las estrellas más numerosas de la imagen, que son de color amarillo-blanco, son estrellas de secuencia principal similares a nuestro Sol. Las estrellas más brillantes son gigantes rojas que han comenzado a agotar su combustible de hidrógeno y se han expandido hasta aproximadamente 100 veces el diámetro de nuestro Sol. Las estrellas azules han comenzado la fusión de helio. (crédito a: modificación del trabajo de la NASA, la ESA y el Equipo del Patrimonio del Hubble (STScI/AURA); crédito b: modificación del trabajo de la NASA, la ESA y el Equipo del Hubble SM4 ERO)
¿Cómo sería vivir dentro de un cúmulo globular? En las densas regiones centrales, las estrellas estarían aproximadamente un millón de veces más cerca que en nuestro propio vecindario. Si la Tierra orbitara una de las estrellas interiores de un cúmulo globular, las estrellas más cercanas estarían a meses luz, no a años luz, de distancia. Todavía aparecerían como puntos de luz, pero serían más brillantes que cualquiera de las estrellas que vemos en nuestro propio cielo. La Vía Láctea probablemente sería difícil de ver a través de la bruma brillante de luz estelar producida por el cúmulo.
En nuestra Galaxia se conocen unos 150 cúmulos globulares. La mayoría de ellas se encuentran en un halo esférico (o nube) que rodea el disco plano formado por la mayoría de las estrellas de nuestra Galaxia. Todos los cúmulos globulares están muy lejos del Sol, y algunos se encuentran a distancias de 60.000 años luz o más del disco principal de la Vía Láctea. Los diámetros de los cúmulos de estrellas globulares oscilan entre 50 años luz y más de 450 años luz.
Cúmulos Abiertos
los cúmulos Abiertos se encuentran en el disco de la Galaxia. Tienen un rango de edades, algunas tan antiguas o incluso mayores que nuestro Sol. Los cúmulos abiertos más jóvenes todavía están asociados con la materia interestelar de la que se formaron. Los cúmulos abiertos son más pequeños que los cúmulos globulares, por lo general tienen diámetros de menos de 30 años luz, y por lo general contienen solo varias docenas a varios cientos de estrellas (Figura 2). Las estrellas en cúmulos abiertos generalmente aparecen bien separadas unas de otras, incluso en las regiones centrales, lo que explica por qué se llaman «abiertas».»Nuestra Galaxia contiene miles de cúmulos abiertos, pero solo podemos ver una pequeña fracción de ellos. El polvo interestelar, que también se concentra en el disco, atenúa la luz de los cúmulos más distantes tanto que son indetectables.
Aunque las estrellas individuales en un cúmulo abierto pueden sobrevivir durante miles de millones de años, normalmente permanecen juntas como un cúmulo por solo unos pocos millones de años, o a lo sumo, unos pocos cientos de millones de años. Hay varias razones para ello. En cúmulos abiertos pequeños, la velocidad promedio de las estrellas miembros dentro del cúmulo puede ser mayor que la velocidad de escape del cúmulo, y las estrellas se «evaporarán» gradualmente del cúmulo. Los encuentros cercanos de estrellas miembros también pueden aumentar la velocidad de uno de los miembros más allá de la velocidad de escape. Cada unos pocos cientos de millones de años, el cúmulo puede tener un encuentro cercano con una nube molecular gigante, y la fuerza gravitacional ejercida por la nube puede desgarrar el cúmulo.
Varios cúmulos abiertos son visibles a simple vista. La más famosa de ellas son las Pléyades (ver Figura 5 en Polvo Cósmico), que aparece como un pequeño grupo de seis estrellas (algunas personas pueden ver incluso más de seis, y las Pléyades a veces se llaman las Siete Hermanas). Este racimo está dispuesto como una pequeña cuchara de inmersión y se ve en la constelación de Tauro, el toro. Un buen par de binoculares muestra docenas de estrellas en el cúmulo, y un telescopio revela cientos. (Una compañía de automóviles, Subaru, toma su nombre del término japonés para este grupo; se puede ver el grupo estelar en el logotipo de Subaru.)
Las Hyades es otro famoso cúmulo abierto en Tauro. A simple vista, aparece como un grupo en forma de V de estrellas débiles que marcan la cara del toro. Los telescopios muestran que las Hyades en realidad contienen más de 200 estrellas.
Asociaciones estelares
Una asociación es un grupo de estrellas extremadamente jóvenes, que normalmente contienen de 5 a 50 estrellas calientes y brillantes O y B dispersas en una región del espacio de unos 100-500 años luz de diámetro. Por ejemplo, la mayoría de las estrellas de la constelación de Orión forman una de las asociaciones estelares más cercanas. Las asociaciones también contienen cientos o miles de estrellas de baja masa, pero son mucho más débiles y menos visibles. La presencia de estrellas muy calientes y luminosas indica que la formación de estrellas en la asociación se ha producido en los últimos millones de años más o menos. Dado que las estrellas O pasan por toda su vida en solo un millón de años, no seguirían existiendo a menos que la formación estelar se haya producido recientemente. Por lo tanto, no es sorprendente que se encuentren asociaciones en regiones ricas en gas y polvo para formar nuevas estrellas. Es como un edificio nuevo aún rodeado de algunos de los materiales de construcción utilizados para construirlo y con el paisaje aún mostrando signos de construcción. Por otro lado, debido a que las asociaciones, como los cúmulos abiertos ordinarios, se encuentran en regiones ocupadas por materia interestelar polvorienta, muchas están ocultas a nuestra vista.
Conceptos clave y Resumen
Los cúmulos de estrellas proporcionan una de las mejores pruebas de nuestros cálculos de lo que sucede a medida que las estrellas envejecen. Las estrellas de un cúmulo dado se formaron aproximadamente al mismo tiempo y tienen la misma composición, por lo que difieren principalmente en masa y, por lo tanto, en su etapa de vida. Hay tres tipos de cúmulos estelares: globulares, abiertos y asociaciones. Los cúmulos globulares tienen diámetros de 50-450 años luz, contienen cientos de miles de estrellas y se distribuyen en un halo alrededor de la Galaxia. Los cúmulos abiertos típicamente contienen cientos de estrellas, están ubicados en el plano de la Galaxia y tienen diámetros inferiores a 30 años luz. Las asociaciones se encuentran en regiones de gas y polvo y contienen estrellas extremadamente jóvenes.
Glosario
asociación: un grupo suelto de estrellas jóvenes cuyos tipos espectrales, movimientos y posiciones en el cielo indican un origen común
cúmulo globular: uno de los aproximadamente 150 cúmulos estelares esféricos grandes (cada uno con cientos de miles de estrellas) que forman un sistema de cúmulos en el centro de nuestra Galaxia
cúmulo abierto: un cúmulo de estrellas relativamente suelto, que contiene de unas pocas docenas a unos pocos miles de miembros, ubicado en los brazos espirales o disco de Galaxia; a veces denominado cúmulo galáctico
- La velocidad de escape es la velocidad necesaria para superar la gravedad de un objeto o grupo de objetos. Los cohetes que enviamos desde la Tierra, por ejemplo, deben viajar más rápido que la velocidad de escape de nuestro planeta para poder llegar a otros mundos. ↵