¿Qué es un Cúmulo de Estrellas? Definición, tipos y edad

¿Qué es un cúmulo de estrellas?

Para responder a la pregunta «¿qué es un cúmulo de estrellas?», los astrónomos estudian la forma en que las estrellas tienden a agruparse en asociaciones estelares. Específicamente, un cúmulo de estrellas es un grupo de estrellas que están unidas por la gravedad en un agregado. Algunas estrellas se reúnen en asociaciones estrechas, mientras que otros cúmulos tienen una asociación laxa. Las estrellas se forman en cúmulos debido a las fuerzas gravitacionales entre las estrellas que las atraen. Las estrellas de estos cúmulos suelen ser del mismo tipo y edad, y a menudo se forman a partir de la misma nube nuclear. Anteriormente, los astrónomos pensaban que todas las estrellas de un cúmulo se formaban al mismo tiempo y a partir de la misma nube nebular. Sin embargo, estudios recientes indican que un cúmulo de estrellas puede contener varias generaciones de estrellas.

Nebulosa en el espacio con un cúmulo abierto en su interior.

Tipos de cúmulos de estrellas

Hay dos tipos generales de cúmulos estelares: cúmulos abiertos y cúmulos globulares. Como sugieren sus nombres, los cúmulos abiertos tienen una organización abierta y laxa, mientras que los cúmulos globulares son más densos, esféricos y contienen más estrellas. Dentro de la Vía Láctea se encuentran cúmulos abiertos y cúmulos globulares. Sin embargo, también se han identificado en otras galaxias. Por ejemplo, la Galaxia Sombrero, o M104, tiene más de 2.000 cúmulos globulares, diez veces más que la Vía Láctea.

Clústeres abiertos

Los cúmulos abiertos son un grupo de estrellas que contienen entre 10 y 1000 estrellas relativamente jóvenes y poco empaquetadas. Las formas de los grupos son asimétricas y tienen una disposición suelta que les ha dado lugar a nombres extravagantes, como Butterfly Cluster y Beehive Cluster. Las estrellas de los cúmulos abiertos son muy calientes y luminosas debido a su corta edad. A menudo, las estrellas de cúmulos abiertos se encuentran entre las estrellas más calientes detectadas. Los cúmulos abiertos se encuentran en un sistema concentrado en forma de disco dentro de la Vía Láctea y generalmente se encuentran en los brazos espirales de la galaxia.

Algunos cúmulos abiertos son visibles sin ayuda óptica, como el cúmulo estelar de las Pléyades. Conocidas desde la antigüedad, las Pléyades, a veces llamadas las Siete Hermanas debido a sus siete estrellas más brillantes, se encuentran en la constelación de Tauro, cerca de la cabeza del toro en forma de V. Las Pléyades contienen alrededor de 800 estrellas, aunque las más brillantes forman un asterismo de cazo pequeño (no la Osa Mayor) que hace que sea un placer observar el cúmulo a través de binoculares o telescopios pequeños de campo amplio.

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Las imágenes de las Pléyades muestran una nube de nebulosidad azul brumosa que rodea el cúmulo. Hubo un tiempo en que los astrónomos creían que la nebulosa estaba asociada con el cúmulo de estrellas. Sin embargo, las mediciones modernas del movimiento de las estrellas versus el movimiento de la nebulosa indican que los dos no están asociados y, de hecho, simplemente se cruzan en el espacio.

Un astrónomo de patio trasero con un telescopio observa un cúmulo de estrellas.

Los cúmulos abiertos a menudo contienen algunas de las estrellas más luminosas de la galaxia, algunas de las cuales brillan más que 150.000 soles. Las estrellas más luminosas son muy calientes y muy azules. Estas caen dentro de la clase espectral O o B, dos clasificaciones que indican la temperatura de color de las estrellas que oscila entre 10.000 y 50.000 grados Kelvin. En comparación, el Sol es del tipo espectral G2, con una temperatura de alrededor de 5.400 grados Kelvin.

Sorprendentemente, los cúmulos abiertos carecen de estrellas RR Lyrae, que son estrellas variables que se encuentran a menudo en cúmulos globulares, aunque los cúmulos abiertos tienen otros tipos de estrellas variables, como las estrellas T Tauri y Cefeidas. Las estrellas variables cambian de brillo, a menudo debido a que una estrella compañera eclipsa la luz de la estrella principal. Las estrellas RR Lyrae, sin embargo, varían en su brillo intrínseco y se utilizan para determinar la distancia de un cúmulo a la Tierra. Dado que los cúmulos abiertos carecen de estrellas variables RR Lyrae, los astrónomos utilizan otros medios para calcular las distancias de los cúmulos abiertos. Por ejemplo, los astrónomos utilizan un método conocido como paralaje para determinar las distancias estelares de los cúmulos más cercanos a la Tierra. Este método utiliza funciones trigonométricas para calcular las diferencias de posición de un cúmulo abierto a lo largo del tiempo.

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Cúmulos globulares

Un segundo tipo de cúmulo se llama cúmulo globular. Como su nombre indica, la forma de este tipo de cúmulos es esférica o en forma de globo. Tienen muchas más estrellas que cúmulos abiertos. De hecho, algunas contienen 100.000 o incluso un millón de estrellas, tantas como una galaxia pequeña. Las estrellas de estos cúmulos son muy antiguas y se identifican como estrellas de Población II.

Uno de los cúmulos globulares más espectaculares del cielo es Omega Centauri, situado en la constelación meridional de Centauro, aunque es visible a baja altura en el horizonte en las latitudes meridionales de Estados Unidos. En los pequeños telescopios de aficionados, un cúmulo globular parece una pequeña mancha redonda de luz gris. Sin embargo, Omega Centauri es tan grande que su luz llena el ocular incluso del telescopio más pequeño. En telescopios de aficionados más grandes se pueden resolver estrellas individuales en Omega Centauri.

Los telescopios que puedan resolver las estrellas individuales en un cúmulo globular mostrarán que estos cúmulos contienen estrellas de diferentes colores, especialmente estrellas supergigantes rojas, una indicación de su vejez. Las fotografías de cúmulos globulares, como 47 Tucanae y Omega Centauri, muestran cuán masivos son realmente los cúmulos y cómo cada uno está formado por estrellas individuales agrupadas en una esfera densa. Las poblaciones de estrellas son tan densas que dos estrellas individuales en un cúmulo globular podrían estar separadas por un año luz cúbico entre sí. En comparación, en el campo estelar circundante, la mayoría de las estrellas se encuentran a una distancia de 300 años luz cúbicas entre sí.

Era de los cúmulos de estrellas

El contraste entre estrellas jóvenes en cúmulos abiertos y estrellas viejas en cúmulos globulares ilustra uno de los principios más importantes de la astronomía: la edad y la temperatura de una estrella están directamente relacionadas con su masa. Las estrellas masivas, como las que se encuentran en cúmulos abiertos, queman combustible nuclear más rápido y tienen una vida más corta que aquellas con menos masa. Las estrellas más viejas tienden a ser más frías y rojas. Por lo tanto, las estrellas pasan por un ciclo de vida desde la etapa joven y caliente hasta la etapa posterior, más vieja, a medida que se quema su combustible nuclear.

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Los astrónomos muestran el ciclo de vida estelar en el diagrama de Hertzsprung-Russell o diagrama HR. El diagrama fue creado por Ejnar Hertzsprung y Henry Russell, dos astrónomos que notaron una correlación entre la luminosidad, la temperatura y el radio de una estrella. Como muestra el diagrama, la mayoría de las estrellas comienzan su vida como estrellas de secuencia principal. Sin embargo, a medida que una estrella envejece, se desvía de la secuencia principal en lo que se denomina punto de desvío. A partir de ahí se convierte en una supergigante roja. Los astrónomos estudian la cantidad de estrellas supergigantes rojas en un cúmulo para determinar la edad del cúmulo.

Resumen de la lección

Las estrellas se congregan en asociaciones llamadas cúmulos de estrellas, ya que se unen por su atracción gravitacional mutua. Hay dos categorías principales de conglomerados. Uno es un cúmulo abierto que, como su nombre indica, es una congregación suelta de estrellas. Estas estrellas tienden a ser jóvenes y calientes. La otra categoría es la de cúmulo globular, una asociación esférica de estrellas muy antiguas. Los cúmulos globulares contienen entre 100.000 y 1.000.000 de estrellas o incluso más. Los científicos determinan la edad de los cúmulos observando el diagrama de Hertzsprung-Russell (diagrama HR). Las estrellas comienzan su vida en la secuencia principal y luego, a medida que envejecen, se convierten en supergigantes rojas en el punto de desvío. El diagrama HR muestra la relación entre la luminosidad, la temperatura y el radio de una estrella; una relación ilustrada por las diferencias en las poblaciones de estrellas que se encuentran en cúmulos abiertos y cúmulos globulares.

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Cúmulos Estelares: Definición, tipos y edad