Actualización del paradigma dinámico de los cúmulos globulares galácticos
Los cúmulos globulares son conjuntos de estrellas que orbitan alrededor de un núcleo galáctico. Tradicionalmente, se considera que son sistemas simples, esféricos, no rotatorios y termodinámicamente relajados. Esto significa que las órbitas de las estrellas que los componen no tienen una orientación preferente. Durante décadas, se han presentado como un ejemplo de la llamada «población estelar única», en la que las estrellas nacen juntas y comparten una historia de formación sencilla. Sin embargo, recientemente esta imagen tradicional de los cúmulos globulares ha sido rebatida por una serie de descubrimientos sobre sus propiedades químicas, estructurales y cinemáticas. Las poblaciones estelares múltiples ahora se consideran ubicuas. El proyecto NESSY, financiado con fondos europeos, ha contribuido a esta formulación de un paradigma dinámico más realista para esta clase de sistemas estelares. Lo hizo combinando modelos analíticos y simulaciones numéricas, junto con datos astronómicos de nueva generación. NESSY abordó los tres problemas que afronta la astrofísica moderna: el papel del momento angular interno y de las mareas externas en la evolución dinámica de los sistemas estelares densos, la formación de poblaciones estelares que se encuentran entre las más antiguas del universo y la posible existencia de agujeros negros de masa intermedia. La nueva generación de datos astronómicos Gaia, el observatorio espacial europeo, mide ahora las posiciones y las velocidades de miles de estrellas de cúmulos globulares de nuestra Vía Láctea, con una precisión inaudita. Esta nueva generación de datos, acompañada de las medidas del telescopio espacial Hubble y otras instalaciones astronómicas de vanguardia, permite que los teóricos exploren, por primera vez, el «espacio fásico» completo de los cúmulos estelares analizando tanto la posición como la velocidad de sus estrellas. Como señala la doctora Anna Lisa Varri, investigadora de NESSY y beneficiaria de una beca individual de investigación Marie Skłodowska-Curie: «Estos grupos compactos de estrellas son realmente la “navaja suiza” de la astrofísica, ya que se han utilizado para innumerables propósitos, durante muchas décadas. Sin embargo, el estudio de los movimientos de sus estrellas todavía sigue atrapado dentro de un estrecho rango de suposiciones simplificadoras. Y las instalaciones astronómicas de categoría mundial están desatando una avalancha de datos sobre tales objetos, que no se ajustan a la teoría actual». Entre sus contribuciones, el equipo ha ayudado a desarrollar una nueva forma de entender el papel de la complejidad cinemática, en forma de rotación interna y anisotropía por velocidad (propiedades diferentes, en direcciones distintas), en la evolución dinámica a largo plazo de los sistemas colisionales como los cúmulos globulares. NESSY también contribuyó al desarrollo de un modelo dinámico del cúmulo galáctico 47 Tucanae, que describe su estructura rica en espacio de velocidad, lo cual revela un grado inesperado de rotación interna. El papel del momento angular es un aspecto que puede aclarar la dinámica interna de los sistemas colisionales, como los cúmulos globulares. Como señala la doctora Varri, a pesar de la escasez de investigaciones sobre el fenómeno: «Actualmente, un número cada vez mayor de cúmulos estelares jóvenes y antiguos presentan evidencias de rotación. De hecho, es posible que la presencia de algún momento angular pueda acelerar en realidad la evolución dinámica de tales sistemas». Llevando la investigación a una nueva era de la astrofísica El trabajo de NESSY se potenciará mediante la colaboración con la Escuela de Matemáticas de la Universidad de Edimburgo, para investigar más a fondo el papel de la complejidad cinemática, examinando el equilibrio, la estabilidad y las propiedades evolutivas de los sistemas estelares densos y rotatorios. Se espera que esto enriquezca nuestro conocimiento sobre los cúmulos estelares globulares y los núcleos galácticos. Como explica la doctora Varri: «A partir de esto, seguiré estudiando las implicaciones de la complejidad cinemática en dos rompecabezas sin resolver de mi campo: la dimensión dinámica del fenómeno de las poblaciones múltiples y la formación de los agujeros negros de masa intermedia y de masa estelar». De hecho, la presencia de rotación interna puede afectar significativamente al tamaño del espacio paramétrico en el que se pueden producir los procesos colisionales que conducen a la formación de los agujeros negros en los cúmulos, así como su resultado. Gracias al estudio de NESSY sobre la complejidad cinemática, ahora los investigadores pueden estudiar las implicaciones de estos grados adicionales de libertad para la formación y retención de agujeros negros en sistemas estelares densos. Como señala la doctora Varri: «Este tema es particularmente oportuno dado que, gracias al interferómetro LIGO, ahora existe una nueva ventana astrofísica para explorar la física de los agujeros negros, como las ondas gravitacionales».
Palabras clave
Estelar, astrofísica, observatorio, galaxia, cúmulos globulares, propiedades cinemáticas, agujeros negros, estrellas, astronomía, cinemático
