¡Aquí hay monstruos! El cúmulo rico supergigante Barbá 2.(Crédito de la imagen: Apellániz et al., 2024.)
En el pasado, los cartógrafos solían colocar monstruos en sus mapas para marcar regiones inexploradas y potencialmente peligrosas. Un ejemplo famoso es el mapa «Theatrum Orbis Terrarum», creado en 1570, en el que aparecen serpientes marinas y otros monstruos marinos.
Un cúmulo estelar inexplorado de la Vía Láctea sugiere que los astrónomos también deberían adoptar esta tradición. El cúmulo se conoce como Barbá 2 y se encuentra a sólo 24.000 años-luz de la Tierra. Una investigación realizada con el telescopio espacial de exploración estelar Gaia reveló que Barbá 2 está repleto de estrellas supergigantes rojas, estrellas que pueden ser cientos de veces más anchas que el Sol y hasta 1.000.000 de veces más luminosas que éste.
«Hay muchos cúmulos abiertos en la galaxia. Sin embargo, no todos los cúmulos abiertos tienen el mismo nivel de interés para los astrónomos», explica a universeexpedition.com Ignacio Negueruela, investigador de la Universidad de Alicante que formó parte del equipo detrás del descubrimiento de supergigantes en Barbá 2. «Los cúmulos ricos en supergigantes rojas son muy raros y suelen estar muy lejos, pero juegan un papel crucial para entender aspectos clave en la evolución de las estrellas masivas».
El tamaño y la potencia intimidantes de las supergigantes hacen que estas estrellas monstruosas consuman su combustible nuclear mucho más deprisa que estrellas como el Sol. Mientras que nuestra estrella vivirá en su secuencia principal unos 10.000 millones de años, se calcula que las supergigantes sólo durarán unos pocos millones de años.
La corta vida de las supergigantes significa que, mientras que los cúmulos abiertos como Barbá 2 son comunes, con más de 1.100 ya descubiertos sólo en la Vía Láctea, encontrar uno repleto de supergigantes rojas es extremadamente raro.
Mapa del mundo creado por Abraham Ortelius en 1570 que muestra monstruos marinos en regiones inexploradas del mar. (Crédito de la imagen: Abraham Ortelius – The Library of Congress)
Negueruela añadió que el estudio de cúmulos abiertos como Barbá 2 ricos en estrellas de tamaño monstruoso podría ser importante para descubrir cómo se convierten en supergigantes rojas o no lo hacen y cómo influye esto en su destino final.
«En la Vía Láctea, sólo hay un puñado de cúmulos ricos en supergigantes rojas», dijo. «Encontrar un cúmulo como Barbá 2, que puede observarse con un telescopio de tamaño medio, es un descubrimiento significativo y emocionante para los astrónomos. Al estar tan lejos y afectado por una extinción moderada, el cúmulo no parece gran cosa en las imágenes ópticas.»
Barbá 2 fue descubierto en realidad hace alrededor de una década por el astrónomo Rodolfo Barbá, pero tras su fallecimiento en 2021, el descubrimiento no ha sido publicado hasta ahora. De ahí que sea justo el cúmulo que ahora lleva su nombre.
«Rodolfo era conocido entre sus colegas por su lentitud a la hora de publicar. Hizo muchos descubrimientos importantes que compartía en reuniones o discutía con colegas, pero que a menudo no llegaba a publicar», explica Negueruela. «Tras el fallecimiento de Rodolfo, su estrecho colaborador Jesús Maíz asumió la tarea de garantizar la publicación de sus trabajos».
Nada dura para siempre, y eso es cierto incluso para la más monstruosa de las estrellas, pero al igual que ocurre con científicos distinguidos como Barbá, lo que se deja atrás es de vital importancia.
El legado de la supergigante roja: ¿agujero negro o estrella de neutrones?
Aunque los cuerpos estelares de todos los tamaños tienen vidas que hacen que la nuestra parezca realmente insignificante en términos de duración, estas vidas estelares aún se detienen cuando las estrellas agotan el combustible para la fusión nuclear en sus núcleos.
La vida de cualquier estrella es un delicado equilibrio entre la fuerza exterior de la presión de la radiación generada por la fusión nuclear en sus núcleos y el empuje interior de su propia gravedad. Tanto si la batalla dura millones como miles de millones de años, la gravedad gana inevitablemente, pero los resultados de esta victoria varían.
Por ejemplo, las estrellas con tamaños similares al Sol abandonan su guerra contra la gravedad cuando agotan las reservas de hidrógeno de sus núcleos y no pueden seguir convirtiéndolo en helio.
El colapso gravitatorio de estas estrellas de menor tamaño crea un remanente estelar llamado enana blanca, al que un fenómeno cuántico llamado «presión de degeneración de electrones» impide seguir colapsando, lo que esencialmente impide que todos los electrones ocupen el mismo estado.
Una ilustración muestra el sol como una enana blanca rodeada de gas y polvo que una vez fueron sus capas exteriores (Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva))
Si una estrella comienza este proceso con al menos ocho veces la masa del Sol y puede conservar al menos 1,44 veces la masa del Sol durante su colapso inicial (el llamado límite de Chandrasekhar), cuando colapse podrá generar suficiente presión en su núcleo para fusionar helio en elementos más pesados, dando a la estrella un nuevo brote de vida.
Cuando el helio se agota, este proceso se repite; la estrella colapsa una y otra vez, fusionando elementos cada vez más pesados hasta que la estrella masiva tiene un núcleo de hierro, un elemento que ninguna estrella puede fusionar con elementos más pesados. La estrella sufre un colapso final, desencadenando una explosión de supernova masiva que vuela por los aires sus capas exteriores. Pero hay dos posibles resultados de este colapso.
El aplastamiento del núcleo estelar masivo fuerza la unión de electrones y protones para crear una estrella de neutrones, un resto estelar lleno de un mar de neutrones, partículas neutras que normalmente existen en los núcleos de los átomos con protones. La «presión de degeneración de los neutrones», es decir, la presión que cada neutrón ejerce sobre los neutrones circundantes, impide que el colapso continúe, pero puede superarse si la estrella tiene suficiente masa.
Si se produce el colapso completo, la estrella se transforma en un agujero negro de masa estelar, una región del espacio con una masa tan densa en su centro que existe un límite a su alrededor del que ni siquiera la luz viaja lo suficientemente rápido como para escapar, el llamado «horizonte de sucesos.»
Agujero negro o estrella de neutrones: dos destinos posibles de las estrellas supermasivas (Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva))
La línea divisoria para superar la presión de degeneración de neutrones se denomina límite Tolman-Oppenheimer-Volkoff, y se cree que existe entre 2,2 y 2,9 veces la masa del Sol. Esto significa que no está tan bien definido como el límite de Chandrasekhar, y a los científicos les gustaría fijar esta línea divisoria con mayor certeza.
Los cúmulos abiertos repletos de supergigantes rojas que podrían sufrir tales transformaciones podrían ser el laboratorio ideal para explorar los entresijos de la creación de estrellas de neutrones o agujeros negros y estudiar por qué una estrella toma un camino y no otro.
«Se espera que los cúmulos dominados por supergigantes rojas sean cúmulos abiertos jóvenes con una gran colección de estrellas. Nos dan información sobre las propiedades de las supergigantes rojas», explicó Negueruela. «Estos cúmulos son valiosos para los astrónomos porque nos ayudan a entender las supergigantes rojas, que de otro modo son difíciles de estudiar por sí solas».
Supercluster es superdesafiante
Negueruela continuó explicando que las supergigantes rojas aisladas son difíciles de caracterizar con precisión porque sus distancias a nosotros son a menudo inciertas, y es difícil determinar propiedades básicas como su masa y edad.
«Esto se debe a que supergigantes rojas con diferentes propiedades intrínsecas pueden parecer muy similares en diferentes etapas de su vida», añadió.
Se cree que todas las estrellas de los cúmulos abiertos se formaron al mismo tiempo a partir de la misma nube de gas y polvo en colapso. Esto significa que los astrónomos pueden determinar la edad del cúmulo y luego comparar las propiedades de las supergigantes rojas más viejas de los cúmulos con las de las estrellas azules más jóvenes del cúmulo.
«Las masas de estas estrellas azules son mucho más fáciles de averiguar, lo que nos ayuda a aprender más sobre las supergigantes rojas», dijo Negueruela. «Nuestros modelos sugieren que el número de supergigantes rojas está directamente relacionado con la masa del cúmulo».
Esto significa que los astrónomos esperan ver unas cinco supergigantes por cada diez mil masas solares. Negueruela señaló que parece haber otro factor en juego en esto que aún no entendemos.
«A veces encontramos cúmulos con la misma edad y masa, pero uno de ellos está lleno de supergigantes rojas, mientras que otro sólo tiene una o dos», continuó. «Aquí hay un elemento de aleatoriedad, ya que la fase de supergigante roja en la vida de una estrella es muy corta, y estamos tratando con números bajos, donde pequeños cambios pueden tener un gran impacto».
Los modelos del equipo, que predicen cinco supergigantes rojas para un cúmulo de cierta masa, también sugieren que ver entre dos y ocho supergigantes en un cúmulo no es inusual. Negueruela sugiere que podría estar relacionado con el número de estrellas del cúmulo que forman parte de sistemas binarios o multiestelares, o incluso con las propiedades de estas estrellas binarias.
Impresión artística de exoplanetas orbitando una estrella supergigante roja (Crédito de la imagen: Shutterstock)
No sólo se trata de un misterio sobre los cúmulos ricos en supergigantes que quedan por investigar, sino que hay algunas cuestiones inesperadas sobre el cúmulo Barbá 2.
«En primer lugar, todos los cúmulos conocidos ricos en supergigantes rojas están situados hacia las regiones centrales de la Vía Láctea, con la excepción de NGC 7419», añade Negueruela. «Esto tiene sentido porque la formación estelar es más intensa en el interior de la galaxia, pero también significa que todos ellos son más difíciles de estudiar debido a la fuerte extinción [bloqueo de la luz] causada por el polvo y el gas a lo largo de la línea de visión». Barbá 2, por el contrario, se encuentra en una parte completamente distinta de la Vía Láctea, hacia el exterior».
El investigador señaló que otro punto interesante es que la zona del cielo que alberga Barbá 2 está muy estudiada porque contiene muchos objetos fascinantes. Así, el descubrimiento de este cúmulo rico en supergigantes sugiere que, a pesar de muchos años de búsquedas dedicadas, hay bastantes tesoros ocultos ahí fuera esperando a ser descubiertos.
«Estoy un poco sorprendido de que nadie más se haya topado con Barbá 2», afirmó Negueruela. «Este descubrimiento demuestra que aún podemos mejorar nuestros métodos de búsqueda».
«Encontrar uno de estos cúmulos es sólo un primer paso. Para explotar plenamente su potencial como laboratorios astrofísicos, debemos combinar los modelos estelares y la observación», concluyó Negueruela. «Intentaremos obtener más espectros para determinar con exactitud la edad del cúmulo y, por tanto, su masa total».
«Además, esperamos aprender de las propiedades de este cúmulo para perfeccionar nuestras técnicas de descubrimiento de cúmulos similares en el futuro.»
El trabajo del equipo está publicado en el sitio de repositorio de artículos arXiv.
