La generación perdida de estrellas en cúmulos globulares que predecían los modelos de evolución estelar

IAC/DICYT La revista especializada The Astrophysical Journal Letters (ApJL) acaba de publicar, en su versión on line, un estudio liderado por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en el que se ha identificado un tipo de estrellas gigantes (AGB, por las siglas de Asymptotic Giant Branch), de segunda generación y ricas en aluminio, en cuatro cúmulos globulares con metalicidades y edades diversas de la Vía Láctea. La detección de estas estrellas de la rama asintótica de gigantes en el famoso diagrama Hertzsprung-Russell se corresponde con lo esperado según los modelos teóricos de evolución estelar y contradice las observaciones anteriores en este campo. Firman este trabajo, los astrofísicos del IAC Domingo Aníbal García-Hernández, Matteo Monelli y Olga Zamora, junto con un grupo internacional de astrónomos.

Los investigadores analizaron las abundancias de aluminio en una decena de cúmulos globulares de la Vía Láctea utilizando espectros en el infrarrojo cercano de la tercera fase de la colaboración internacional Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), a la que pertenece el IAC. Fueron principalmente obtenidos con el instrumento APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) en la banda H, en el infrarrojo cercano (en 1,6 micras). Las observaciones anteriores se habían hecho en el rango visible, menos fiable que la banda H para determinar las abundancias de elementos clave como el sodio.

El método consistió en combinar las abundancias de aluminio obtenidas en diez cúmulos globulares con fotometría muy precisa desde tierra para identificar las estrellas AGB, las gigantes rojas y las de rama horizontal. Lo hicieron con diagramas color-magnitud (similares al diagrama HR, por Hertzsprung-Russell), un tipo de gráfico que relaciona la temperatura y el brillo de una estrella, cuya posición en el mismo depende principalmente de su masa y edad.

Domingo Aníbal García-Hernández, investigador del IAC y primer autor del artículo, precisa que “los estudios previos indicaban que las estrellas de segunda generación no pasaban por la fase AGB” y añade que ”esto suponía un problema para los modelos de evolución estelar y las teorías de formación y evolución de cúmulos globulares.”

Una controversia reciente

Históricamente, los cúmulos globulares han servido para estudiar la evolución de las estrellas, ya que se creía que todos sus componentes se formaban al mismo tiempo y, por tanto, tenían la misma edad. Sin embargo, hace varias décadas se supo que prácticamente todos los cúmulos estudiados contenían varias poblaciones estelares. En la primera generación, el aluminio y el sodio son poco abundantes, mientras que en la segunda, formada más tarde, las estrellas están enriquecidas en estos elementos químicos, “contaminadas” por sus “antepasadas”. “Gracias a esto – explica Matteo Monelli –, el estudio de las abundancias químicas permite determinar a qué generación pertenece”.

En trabajos previos al publicado en ApJL se detectaron dos generaciones de estrellas en diferentes etapas evolutivas: en la secuencia principal, en la rama horizontal, en la rama sub-gigante y en la rama de gigantes rojas. No así en otras más tardías, como en la rama asintótica de gigantes (AGB, por las siglas de Asymptotic Giant Branch), en la cual hasta la fecha todas las estrellas estudiadas mostraban el patrón químico de la primera generación. En otras palabras, eran pobres en sodio y aluminio.

El debate se recrudeció cuando, en 2013, Campbell y colaboradores (Ver Más información) propusieron en un artículo publicado en Nature que las estrellas de segunda generación no llegarían a la fase AGB. Esto podría ser causado, proponían, por una gran pérdida de masa en la rama horizontal. Dicho escenario implicaba que los modelos teóricos de evolución estelar eran erróneos. “La observación de estrellas AGB de segunda generación en varios cúmulos globulares, uno de ellos prácticamente gemelo del cúmulo estudiado por Campbell y colaboradores, cierra definitivamente la cuestión”, afirma Olga Zamora.

La investigación publicada en ApJL puede también ayudar a esclarecer qué tipo de estrellas son las que “contaminan” la segunda generación. Se barajan distintas candidatas que liberarían al medio interestelar sodio y aluminio: estrellas AGB masivas; estrellas muy masivas que rotan muy rápidamente (spin stars, supernovas… ) o binarias en interacción también muy masivas. El hecho de no haber detectado previamente estrellas AGB de segunda generación en cúmulos globulares había favorecido el modelo de spin-stars. Los resultados recientes modifican este marco.

“Todavía – concluye Domingo Aníbal García-Hernández –, seguimos sin entender cómo los cúmulos globulares se formaron y evolucionaron en el Universo temprano. La naturaleza de las estrellas contaminantes que forman las distintas generaciones estelares en estos fascinantes sistemas estelares es el gran tema sin resolver por el momento. Queda pendiente”.

	Referencia bibliográfica
	“Clear evidence for the presence of second-generation asymptotic giant branch stars in metal-poor Galactic globular clusters”, por D. A. García-Hernández, Sz. Mészáros, M. Monelli, S. Cassisi, P. B. Stetson, O. Zamora, M. Shetrone y S. Lucatello. 2015, ApJ, 815, L4. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2041-8205/815/1/L4#sthash.n5LZtP5n.dpuf