El lado oscuro de los cúmulos estelares

Observaciones realizadas con el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, instalado en Chile, han descubierto una nueva clase de cúmulos globulares de estrellas «oscuros» alrededor de la galaxia gigante Centaurus A. Estos misteriosos objetos se parecen a los cúmulos normales, pero contienen mucha más masa y pueden albergar cantidades inesperadas de materia oscura o contener agujeros negros masivos — cuya presencia, en ambos casos, es totalmente inesperada e inexplicable.

Los cúmulos globulares de estrellas son enormes bolas de miles de estrellas que orbitan alrededor de la mayoría de las galaxias. Están entre los sistemas estelares más viejos conocidos del universo y han sobrevivido a casi todo el proceso de crecimiento y evolución de la galaxia.

Matt Taylor, estudiante de doctorado de la Pontificia Universidad Católica de Chile (Santiago, Chile) y titular de una beca de ESO, es el autor principal del nuevo estudio. Él mismo nos presenta la escena: «Los cúmulos globulares y sus estrellas son claves para entender la formación y evolución de las galaxias. Durante décadas, los astrónomos han creído que las estrellas que componen un determinado cúmulo globular compartían la misma composición química y tenían la misma edad, pero ahora sabemos que son criaturas más extrañas y complicadas de lo que parecían».

La galaxia elíptica Centaurus A (también conocida como NGC 5128) es la galaxia gigante más cercana a la Vía Láctea y se sospecha que alberga unos 2.000 cúmulos globulares. Muchos de estos glóbulos son más brillantes y más masivos que los más o menos 150 que orbitan la Vía Láctea.

Matt Taylor y su equipo han hecho los estudios más detallados hasta ahora de una muestra de 125 cúmulos globulares de estrellas alrededor de Centaurus A usando el instrumento FLAMES, instalado en Very Large Telescope de ESO, en el Observatorio Paranal, al norte de Chile [1].

Usaron estas observaciones para deducir la masa de los cúmulos [2] y comparar este resultado con el brillo de cada uno de los cúmulos.

Para la mayoría de los cúmulos del nuevo sondeo, los más brillantes tenían más masa, tal como se esperaba (si un cúmulo contiene más estrellas tiene mayor brillo total y más masa total). Pero algo extraño apareció en algunos de los cúmulos globulares: eran muchas veces más masivos de lo que parecían. Y aún más extraño: cuanto más masivos eran estos inusuales cúmulos, mayor era la fracción de material oscuro que contenían. Algo en estos cúmulos era oscuro y masivo y estaba oculto. Pero ¿de qué se trataba?

Había varias posibilidades. ¿Podrían los cúmulos oscuros contener agujeros negros, u otros restos estelares oscuros en sus núcleos? Esto podría explicar parte de la masa oculta, pero el equipo concluye que esto no explicaría toda la historia. ¿Qué pasa con la materia oscura? Se considera que los cúmulos globulares están prácticamente desprovistos de esta sustancia misteriosa pero, quizás, por alguna razón desconocida, algunos cúmulos han conservado aglomeraciones significativas de materia oscura en sus núcleos. Esto explicaría las observaciones, pero no encaja en la teoría convencional.

El coautor, Thomas Puzia, añade: «Nuestro descubrimiento de cúmulos estelares con masas inesperadamente altas para la cantidad de estrellas que contienen, sugiere que puede haber múltiples familias de cúmulos globulares, con diferentes historias de formación. Aparentemente, algunos cúmulos estelares tienen toda la pinta de ser cúmulos globulares del montón, pero, en este caso, las apariencias engañan, y es posible que haya gato encerrado».

Estos objetos siguen siendo un misterio. El equipo también participa en un estudio más amplio de otros cúmulos globulares en otras galaxias y hay algunas pistas intrigantes que indican que dichos cúmulos oscuros también se pueden encontrar en otros lugares.

Matt Taylor resume la situación: «¡Nos hemos tropezado con una clase nueva y misteriosa de cúmulo estelar! Esto demuestra que todavía tenemos mucho que aprender sobre todos los aspectos relacionados con la formación de cúmulos globulares. Es un resultado importante y ahora tenemos que encontrar más ejemplos de cúmulos oscuros alrededor de otras galaxias».

Notas

[1] Hasta ahora, los astrónomos sólo han estudiado de forma detallada cúmulos estelares que se encuentran en el Grupo Local. Las distancias relativamente pequeñas permiten medidas directas de sus masas. Mirando a NGC 5128, que es una galaxia elíptica masiva y aislada, a las afueras del Grupo Local, a unos 12 millones de años-luz de distancia, fueron capaces de estimar las masas de cúmulos globulares en un entorno completamente diferente llevando a VLT/FLAMES hasta sus límites.

[2] Las observaciones de FLAMES proporcionan información sobre los movimientos de las estrellas en los cúmulos. Esta información orbital depende de la fuerza del campo gravitacional y, por lo tanto, puede utilizarse para deducir la masa del cúmulo — los astrónomos llaman a esos cálculos masas dinámicas. La capacidad de captación de luz de un Telescopio Unitario del VLT, con un espejo de 8,2 metros, y la capacidad de FLAMES para observar más de 100 cúmulos simultáneamente, han sido fundamentales para obtener los datos necesarios para el estudio.

Información adicional

Esta investigación se ha presentado en el artículo científico titulado “Observational evidence for a dark side to NGC 5128’s globular cluster system”, por M. Taylor et al., que aparece en la revista Astrophysical Journal.

El equipo está formado por Matthew A. Taylor (Pontificia Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chile; ESO, Santiago, Chile); Thomas H. Puzia (Pontificia Universidad Catolica de Chile); Matias Gomez (Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile) y Kristin A. Woodley (Universidad de California, Santa Cruz, California, EE.UU.).