La fuga de las Bermudas: Un cúmulo estelar se queda huérfano al expulsar a sus estrellas masivas

19/1/2022 de Centro de astrobiología (CAB) / Astronomy & Astrophysics

Figura 1. Vista de gran campo de la región de Cygnus (la constelación del Cisne) obtenida por el Digitized Sky Survey. Las trayectorias de las estrellas expulsadas aparecen como líneas continuas (en el sistema de referencia Galáctico) y discontinuas (en el sistema de referencia del cúmulo de las Bermudas, el cual se mueve con respecto a la Vía Láctea). El color de las trayectorias codifica el evento de expulsión: verde para el de hace 1,9 Ma, cian para el de hace 1,6 Ma y amarillo para el de hace 1,5 Ma. Los círculos huecos marcan la posición actual de las estrellas expulsadas. A la distancia del cúmulo de las Bermudas, el campo tiene un tamaño de 740 años luz. El cuadrado blanco se corresponde con la zona ampliada en la figura 2. La estrella más brillante del campo, situada justo a la derecha del cuadrado, es Deneb (α Cygni), la estrella más brillante de Cygnus. Crédito: CAB.

Los astrónomos, como el resto de los seres humanos, somos propensos a la pareidolia, esto es, a reconocer patrones visuales como caras u objetos conocidos allí donde las formas son de origen aleatorio. El ejemplo más obvio en astronomía son los asterismos de las constelaciones, a los que desde hace siglos o milenios se les asignaron nombres de personas, animales u objetos. Otro ejemplo en astronomía son los nombres de las regiones H II, nubes de gas ionizado por estrellas masivas que acaban de formarse a partir del propio gas y que emiten grandes cantidades de radiación ultravioleta. En este estudio analizamos la región formada por las nebulosas de Norteamérica y del Pelícano (ver figuras 1 y 2), que en realidad son una única separadas por una nube molecular de gas frío y denso que forma el Océano Atlántico y el Golfo de México (siguiendo la nomenclatura geográfica resultante de la pareidolia).

Las nebulosas de Norteamérica y el Pelícano son una de las regiones de formación de estrellas masivas más cercanas al Sol. Otro estudio reciente del equipo de investigación del CAB ha determinado que se encuentran a 2600 años luz de distancia. Pese a su cercanía, no fue hasta la primera década de este siglo que se identificó cuál era el sistema estelar masivo responsable de la ionización de las nebulosas. Dicho trabajo, liderado en 2005 por el investigador español Fernando Comerón, descubrió que el sistema estelar responsable estaba escondido detrás de la nube molecular del Océano Atlántico, la cual deja pasar solamente uno de cada 10 000 fotones de luz visible que nos llegan desde dicho sistema estelar. El sistema que ioniza las nebulosas se conocía por un nombre de catálogo, 2MASS J20555125+4352246, algo normal en estrellas que no parecen destacar por ninguna razón. En 2016, otro trabajoliderado por el equipo de investigación del CAB lo rebautizó como “estrella de Bajamar” en honor al nombre original del archipiélago de las Bahamas, dada su posición con respecto a la nebulosa de Norteamérica frente a Florida (figura 2). Dicho trabajo descubrió que Bajamar es un sistema binario formado por dos estrellas, una de las cuales es la estrella más masiva que se conoce a menos de 3000 años luz de distancia del Sol. Si no fuera por la nube de gas que la oscurece, sería una estrella muy brillante que probablemente formaría parte del asterismo que da nombre a Cygnus, la constelación del Cisne.

Las estrellas en general y las masivas en particular parecen disfrutar de la compañía: es muy extraño que nazcan solas y normalmente lo hacen a partir de una nube que forma un grupo de estrellas que van desde unas decenas a varios millones. Cuando dichos grupos están ligados gravitacionalmente (esto es, dan vueltas alrededor de su centro) se les llama cúmulos estelares. Sorprendentemente, Bajamar parece estar en medio de la nada, esto es, no tiene un cúmulo alrededor. Usando datos del telescopio Gaia de la Agencia Espacial Europea que permite medir los movimientos de las estrellas en el plano del cielo, un equipo estadounidense descubrió la existencia de un cúmulo cercano al norte de Bajamar (en medio del Atlántico Norte) del cual la estrella parecía haber sido expulsada, ya que se estaba alejando de él a una velocidad de unos 7 km/s. Dada la posición del cúmulo con respecto a la nebulosa de Norteamérica, el equipo del CAB bautizó al cúmulo como “cúmulo de las Bermudas” (figura 2). Dichas expulsiones se habían observado con anterioridad en otros cúmulos y se deben a que en el periodo inmediatamente posterior a la formación de las estrellas existe una elevada concentración de ellas en el centro del cúmulo. Es posible que tres (o más) de ellas se acerquen lo suficiente como para que la interacción gravitatoria mutua las haga salir disparadas a gran velocidad. Este fenómeno se detectó por primera vez en los años 50 del siglo pasado al observarse estrellas que se movían a gran velocidad (más de 30 km/s) por la Vía Láctea. Dichas estrellas fueron bautizadas como estrellas fugitivas. En la actualidad hay alrededor de cien estrellas fugitivas confirmadas, pero se sospecha que el número de estrellas eyectadas ha de ser muy superior. Esto se debe a tres razones: existe otro mecanismo de producción de estrellas fugitivas (cuando en un sistema binario una estrella explota como supernova, la compañera puede convertirse en fugitiva), algunas estrellas son expulsadas a menos de 30 km/s (Bajamar es un ejemplo de ello, dichas estrellas se llaman caminantes en vez de fugitivas) y hasta que los astrónomos dispusimos de Gaia no dispusimos de datos de suficiente calidad para descubrirlas.

Si Bajamar había sido expulsada del cúmulo de las Bermudas al interaccionar con otras estrellas, estas también deberían haber sido eyectadas. ¿Dónde están? Esa es la pregunta que se planteó el equipo del CAB al inicio de este trabajo. Para responderla, el equipo recopiló información de Gaia de los objetos situados alrededor de la nebulosa de Norteamérica hasta una distancia de 700 años luz y, en combinación con otros datos, buscaron qué otras estrellas podrían haber sido expulsadas de manera simultánea. Para su sorpresa, no encontraron ni uno ni dos adicionales sino un total de nueve sistemas estelares expulsados. Por lo menos tres de ellos (incluyendo Bajamar) son sistemas binarios y, además, hay indicios de que al menos otra estrella más no ha sido encontrada, por lo que el número total de estrellas expulsadas es de 12 (o 13 incluyendo la ausente). Las expulsiones no fueron simultáneas, sino que ocurrieron en tres eventos hace 1,9, 1,6 y 1,5 millones de años (Ma), respectivamente. Bajamar fue expulsada en el evento de hace 1,6 Ma junto a otros cuatro sistemas estelares (líneas cianes en las figuras 1 y 2). En el evento de hace 1,5 Ma fue expulsada la estrella de Toronto, otro sistema binario que incluye a la segunda estrella más masiva de las nacidas en el cúmulo de las Bermudas. Los sistemas estelares fueron expulsados a   (en el plano del cielo) que van de los 5 km/s a los 100 km/s, por lo que son una combinación de estrellas caminantes y fugitivas. La estrella que salió disparada a mayor velocidad, HDE 227 090, ha recorrido 500 años luz desde su expulsión. Las estrellas expulsadas incluyen las tres más masivas formadas en el cúmulo y siete de las nueve más masivas.

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