M80: Un Cúmulo Globular con dos poblaciones estelares

Un cúmulo globular es un conjunto esférico enorme de estrellas que orbitan juntas alrededor del centro de una galaxia, como si fueran satélites. Estas colosales agrupaciones estelares pueden contener desde cientos de miles hasta millones de estrellas, unidas por la fuerza de la gravedad.
El cúmulo globular M80 reside en el halo galáctico, una región esférica que envuelve al disco de la galaxia como una atmósfera. Específicamente, M80 se encuentra en la corriente de Helmi, una estructura alargada que se cree que se formó a partir de la interacción de la Vía Láctea con otra galaxia en el pasado. M80 está a unos 13,600 años luz del centro galáctico y se ubica en la parte norte del halo, aproximadamente 4,000 años luz por encima del plano del disco galáctico. Desde la Tierra, se encuentra a una distancia de 32,600 años luz y puede observarse cerca de la estrella roja Antares en la constelación de Escorpio.
De los 150 cúmulos globulares conocidos, M80 es relativamente pequeño pero presenta un núcleo extremadamente denso y un halo esférico. Esta esfera de estrellas alberga dos poblaciones estelares distintas, cada una con su propia historia y origen.
Las estrellas más antiguas de M80 nacieron a partir de nubes de gas y polvo hace miles de millones de años, representando los primeros habitantes de este cúmulo. En contraste, las estrellas más jóvenes surgieron de los restos de las estrellas antiguas que terminaron su ciclo de vida en explosiones violentas conocidas como supernovas. Estas explosiones, a pesar de su naturaleza destructiva, enriquecieron el medio ambiente con elementos pesados, proporcionando la materia prima para la formación de nuevas estrellas.
Al analizar la luz emitida por estas estrellas, los astrónomos pudieron medir la cantidad de diferentes elementos químicos. Detectaron una variabilidad significativa en las abundancias de elementos ligeros como el oxígeno (O), el sodio (Na) y el magnesio (Mg) entre las estrellas de la rama gigante roja (RGB). Esta variabilidad química resulta crucial para comprender la formación y evolución de este cúmulo, ya que aporta evidencia convincente de la existencia de múltiples poblaciones estelares.
Las poblaciones estelares se definen como grupos de estrellas dentro de un cúmulo que comparten características como la edad, la composición química y la cinemática. En otras palabras, son como diferentes generaciones de estrellas que nacieron en distintas épocas y bajo condiciones diferentes dentro del mismo cúmulo.
En M80, la observación de diferentes abundancias de elementos ligeros entre las estrellas de la RGB sugiere que estas estrellas no se formaron todas al mismo tiempo ni a partir del mismo material. Si todas las estrellas se hubieran formado en un solo evento, se esperaría que tuvieran composiciones químicas uniformes. Sin embargo, la variabilidad observada indica que algunas estrellas se formaron a partir de material enriquecido con ciertos elementos ligeros, mientras que otras se formaron a partir de material con menor abundancia de estos elementos.
Existen dos mecanismos principales que pueden explicar la formación de múltiples poblaciones estelares en cúmulos globulares:

1. Procesos internos: La rotación y la turbulencia dentro del cúmulo pueden generar una mezcla incompleta del material, lo que lleva a la formación de regiones con diferentes composiciones químicas. Posteriormente, estrellas nacidas en estas regiones presentarían distintas abundancias de elementos ligeros.

1. Aporte externo: La interacción del cúmulo con otras estructuras galácticas, como nubes moleculares o cúmulos globulares cercanos, puede aportar material nuevo con diferentes composiciones químicas. Este material fresco puede dar lugar a la formación de nuevas estrellas con abundancias elementales distintas a las de las estrellas más antiguas.

Este descubrimiento no se limita a un solo cúmulo. De hecho, los astrónomos han encontrado evidencia de múltiples poblaciones estelares en muchos otros cúmulos globulares de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Estos hallazgos sugieren que la formación de estrellas en cúmulos globulares no fue un evento único y uniforme, sino un proceso complejo que involucró múltiples generaciones de estrellas a lo largo de miles de millones de años.
Referencia: Carretta, E., Bragaglia, A., Gratton, R. G., D'Orazi, V., Lucatello, S., Sollima, A., Momany, Y., Catanzaro, G., & Leone, F. (2015). La química normal de múltiples poblaciones estelares en el denso cúmulo globular NGC 6093 (M 80). Astronomía y Astrofísica, 578, A116. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201525951