22.2: Cúmulos estelares
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Objetivos de aprendizaje
Al final de esta sección, podrás:
- Explicar cómo los cúmulos estelares nos ayudan a comprender las etapas de la
- Enumere los diferentes tipos de cúmulos estelares y describa cómo difieren en número de estrellas, estructura y edad
- Explicar por qué la composición química de los cúmulos globulares es diferente a la de los racimos 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 un gigante rojo 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 esté muy cerca 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 sólo difieran 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 secuencia principal y se convierten en gigantes rojos, mientras que las estrellas de menor masa en el mismo cúmulo siguen en la secuencia principal, o incluso, si el cúmulo es muy joven, experimentando pre- contracción gravitacional de secuencia principal. Podemos ver muchas etapas de evolución estelar entre los miembros de un solo cúmulo, y podemos ver si nuestros modelos pueden explicar por qué los diagramas H—R de clústeres de diferentes edades se ven como 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 la Tabla\(\PageIndex{1}\). Como veremos en la siguiente sección de este capítulo, los cúmulos globulares contienen sólo estrellas muy antiguas, mientras que los cúmulos abiertos y las asociaciones contienen estrellas jóvenes.
| Característica | Cúmulos globulares | Clusters Abiertos | Asociaciones |
|---|---|---|---|
| Número en la Galaxia | 150 | Miles | Miles |
| Ubicación en la Galaxia | Halo y abombamiento central | Disco (y brazos en espiral) | Brazos espirales |
| Diámetro (en años luz) | 50—450 | <30 | 100—500 |
| Masa M Sol | 10 4 —10 6 | 10 2 —10 3 | 10 2 —10 3 |
| Número de estrellas | 10 4 —10 6 | 50—1000 | 10 2 —10 4 |
| Color de las estrellas más brillantes | Rojo | Rojo o azul | Azul |
| Luminosidad de racimo (L Sol) | 10 4 —10 6 | 10 2 —10 6 | 10 4 —10 7 |
| Edades típicas | Miles de millones de años | Unos cientos de millones de años para, en el caso de racimos inusualmente grandes, más de mil millones de años | Hasta alrededor de 10 7 años |
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\(\PageIndex{2}\)). Tenga en cuenta que las estrellas más brillantes de este cúmulo, que son gigantes rojos que ya han completado la fase de secuencia principal de su evolución, son de color rojo-naranja. Estas estrellas tienen temperaturas superficiales típicas alrededor de 4000 K. Como veremos, los cúmulos globulares se encuentran entre las partes más antiguas de nuestra Galaxia de la Vía Láctea.
¿Cómo sería vivir dentro de un cúmulo globular? En las densas regiones centrales, las estrellas estarían aproximadamente un millón de veces más cercanas que en nuestro propio barrio. Si la Tierra orbitara una de las estrellas internas en un cúmulo globular, las estrellas más cercanas estarían a meses luz, no a años luz, de distancia. Seguirían apareciendo 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 la luz estelar producida por el cúmulo.
Alrededor de 150 cúmulos globulares son conocidos en nuestra Galaxia. La mayoría de ellos se encuentran en un halo (o nube) esférico 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 mil años luz o más del disco principal de la Vía Láctea. Los diámetros de los cúmulos estelares globulares van desde 50 años luz hasta más de 450 años-luz.
Clusters Abiertos
Los cúmulos abiertos se encuentran en el disco de la Galaxia. Tienen un rango de edades, algunas tan antiguas como, o incluso mayores que, nuestro Sol. Los cúmulos abiertos más jóvenes siguen asociados con la materia interestelar a partir de la cual se formaron. Los cúmulos abiertos son más pequeños que los cúmulos globulares, generalmente tienen diámetros de menos de 30 años luz, y generalmente contienen solo varias docenas a varios cientos de estrellas (Figura\(\PageIndex{3}\)). Las estrellas en cúmulos abiertos suelen aparecer bien separadas entre sí, incluso en las regiones centrales, lo que explica por qué se las llama “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, atenúan tanto la luz de los cúmulos más distantes 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 solo durante unos pocos millones de años, o como mucho, unos pocos cientos de millones de años. Hay varias razones para ello. En pequeños cúmulos abiertos, la velocidad promedio de las estrellas miembros dentro del cúmulo puede ser mayor que la velocidad de escape del cúmulo, 1 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 pocos cientos de millones de años más o menos, 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 racimos abiertos son visibles a simple vista. La más famosa de ellas son las Pléyades (Figura\(20.3.5\) en la Sección 20.3), 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 prismáticos muestra decenas de estrellas en el cúmulo, y un telescopio revela cientos. (Una compañía de automóviles, Subaru, toma su nombre del término japonés para este clúster; se puede ver el grupo estelar en el logotipo de Subaru).
The Hyades es otro famoso cúmulo abierto en Tauro. A simple vista, aparece como un grupo en forma de V de estrellas tenues que marcan la cara del toro. Los telescopios muestran que Hyades en realidad contiene más de 200 estrellas.
Asociaciones estelares
Una asociación es un grupo de estrellas extremadamente jóvenes, que típicamente contienen de 5 a 50 estrellas O y B calientes y brillantes dispersas en una región del espacio de unos 100 a 500 años luz de diámetro. Como ejemplo, la mayoría de las estrellas de la constelación de Orión forman una de las asociaciones estelares más cercanas. Las asociaciones también contienen de cientos a miles de estrellas de baja masa, pero estas son mucho más débiles y menos conspicuas. La presencia de estrellas realmente calientes y luminosas indica que la formación estelar en la asociación se ha producido en los últimos millones de años más o menos. Dado que las estrellas O atraviesan toda su vida en solo alrededor de un millón de años, no seguirían estando cerca a menos que la formación estelar haya ocurrido recientemente. Por lo tanto, no es sorprendente que las asociaciones se encuentren en regiones ricas en el gas y polvo requeridos para formar nuevas estrellas. Es como un edificio nuevo todavía 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 estelares proporcionan una de las mejores pruebas de nuestros cálculos de lo que sucede a medida que las estrellas envej Las estrellas en un cúmulo dado se formaron aproximadamente al mismo tiempo y tienen la misma composición, por lo que difieren principalmente en masa, y así, en su etapa de vida. Hay tres tipos de cúmulos estelares: globulares, abiertos y asociaciones. Los cúmulos globulares tienen diámetros de 50 a 450 años luz, contienen cientos de miles de estrellas y se distribuyen en un halo alrededor de la Galaxia. Los cúmulos abiertos suelen contener cientos de estrellas, se encuentran en el plano de la Galaxia y tienen diámetros menores a 30 años luz. Las asociaciones se encuentran en regiones de gas y polvo y contienen estrellas extremadamente jóvenes.
Notas al pie
1 La velocidad de escape es la velocidad necesaria para superar la gravedad de algún 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.
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 unos 150 cúmulos estelares esféricos grandes (cada uno con cientos de miles de estrellas) que forman un halo esférico alrededor del centro de nuestra Galaxia
- clúster abierto
- un cúmulo relativamente suelto de estrellas, que contiene de unas pocas docenas a unos pocos miles de miembros, ubicados en los brazos espirales o disco de nuestra Galaxia; a veces referido como un cúmulo galáctico