Un estudio muestra que las estrellas más masivas en las últimas etapas de su vida son aquellas que contaminan el medio interestelar con nuevos elementos químicos, dando lugar a sucesivas generaciones de estrellas en estos 'fósiles astronómicos'.

Los cúmulos globulares son enjambres de alrededor de un millón de estrellas unidas por su campo gravitacional y distribuidas aproximadamente de forma esférica. que se han formado a partir de una sola nube de gas y polvo interestelar. Como sus edades son cercanas a las del universo mismo, se consideran verdaderos "fósiles astronómicos" porque retienen información sobre la composición química y la evolución de las galaxias desde la época de su origen. En estos cúmulos se forman estrellas de diferentes tamaños, y al observar las estrellas más masivas que aún sobreviven, podemos calcular la edad del cúmulo. Sin embargo, desde hace unos veinte años sabemos que hay diferentes generaciones de estrellas en un solo cúmulo. Y el origen de estas sucesivas generaciones no estaba claro hasta ahora.

La revista profesional Las cartas del diario astrofísico publica hoy un estudio de un equipo internacional, en el que ha participado el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), que resuelve este misterio sobre la formación y evolución de los cúmulos globulares en el universo temprano. Según este estudio, la clave está en el más masivo, evolucionaron estrellas AGB (rama gigante asintótica). Esta es la primera evidencia de que estas estrellas juegan un papel fundamental en la contaminación del medio interestelar, a partir de los cuales se han formado sucesivas generaciones de estrellas.

Paolo Ventura, astrónomo del Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) y primer autor del artículo, mencionó la importancia de las estrellas de la AGB durante su reciente estadía en el IAC como investigador visitante Severo Ochoa, durante ese tiempo estuvieron trabajando en el estudio publicado hoy. "Hasta ahora", explica Aníbal García-Hernández, investigador del IAC y segundo autor del artículo, "Se habían preparado varios tipos diferentes de estrellas como candidatas:estrellas supermasivas, estrellas masivas que giran rápidamente, binarios interactivos masivos, y estrellas AGB masivas. Esta investigación cierra el debate sobre qué estrellas provocan este proceso, y resuelve una de las incógnitas más destacadas en la formación y evolución de los cúmulos globulares ", concluye.

"El siguiente paso", explica Flavia Dell'Agli, quien se incorporó recientemente al IAC como investigador postdoctoral, y quién es el tercer autor del artículo, "será el análisis sistemático de todos los cúmulos globulares del hemisferio norte ya observados en el proyecto APOGEE, así como el gran número de estos sistemas que se observarán, a partir de la próxima primavera, en el hemisferio sur en APOGEE-2 ".

El papel de las estrellas AGB

Históricamente, Los cúmulos globulares se han utilizado como laboratorios para estudiar la evolución estelar, porque se pensaba que todas las estrellas de un cúmulo globular se formaban al mismo tiempo y por tanto tenían la misma edad. Sin embargo, desde hace un par de décadas se sabe que casi todos los cúmulos globulares contienen varias poblaciones estelares. En la primera generación, las abundancias químicas, por ejemplo los de elementos como el aluminio y el magnesio, mostrar la composición del medio interestelar original (o intra-cúmulo). En el corto tiempo (astronómicamente) de solo 500 millones de años el medio se contamina y a partir de este medio se forma la segunda generación de estrellas. Los investigadores creen que algunas de las estrellas más masivas de la primera generación producen y destruyen los elementos pesados ​​en su interior ("nucleosíntesis") y por una rápida pérdida de masa contaminan el medio interestelar donde se forma la segunda generación de estrellas con diferentes abundancias químicas. Pero, ¿qué estrellas son las responsables de este fenómeno?

Los investigadores sospecharon que las estrellas AGB (rama gigante asintótica) más masivas, que tienen entre cuatro y ocho veces la masa del Sol, y ahora este estudio ha corroborado la sospecha. Para ello utilizaron observaciones de las abundancias de magnesio y aluminio observadas por la colaboración internacional Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III) y la encuesta específica APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) combinada con modelos teóricos de nucleosíntesis en estrellas AGB. Pudieron reproducir por primera vez la anticorrelación (una relación en la que cuando una cantidad crece la otra disminuye) entre los dos elementos en cinco cúmulos globulares con metalicidades muy diferentes (cantidades totales de metales).

La producción de aluminio y la destrucción de magnesio en el interior de las estrellas es muy sensible a su temperatura y metalicidad general. por lo que ofrecen un buen diagnóstico para develar la naturaleza de las estrellas contaminantes. Cuanto mayor sea la temperatura en la zona donde se originan estos elementos, la base de la zona de convección dentro de la estrella, cuanto más aluminio se produce y más magnesio se destruye. También se sabe que la temperatura en esta zona aumenta cuando cae la cantidad total de metales en la estrella. En estrellas AGB masivas se esperan diferentes tipos de estas anticorrelaciones:a muy baja metalicidad esperamos más aluminio y más destrucción de magnesio, y a mayor metalicidad, exactamente lo contrario. Estas variaciones en las anticorrelaciones son exactamente lo que se observa en los cúmulos globulares, y concuerda muy bien con las predicciones teóricas para estrellas AGB masivas, que producen estos elementos en sus interiores, y luego expulsarlos durante una fase de pérdida de masa extremadamente rápida.