Cúmulo abierto para niños
Los cúmulos estelares abiertos son grupos de estrellas que nacieron juntas de la misma nube de gas y polvo. A menudo se les llama también cúmulos galácticos porque se encuentran en el plano de nuestra galaxia, la Vía Láctea.
Las estrellas de estos cúmulos están unidas por la gravedad, pero no tan fuertemente como en los cúmulos globulares. Suelen ser estrellas jóvenes, grandes y muy calientes. Un cúmulo abierto puede tener desde diez hasta miles de estrellas. Se extienden por unos 30 años luz. Con el tiempo, las fuerzas de la galaxia hacen que se separen lentamente.
Solo vemos cúmulos abiertos en galaxias espirales e irregulares. Esto es porque en estas galaxias se forman estrellas nuevas constantemente.
El tamaño promedio de un cúmulo abierto es de unos 10 pársecs (30 años luz). Se han encontrado alrededor de 1100 en nuestra galaxia. Sin embargo, se cree que hay muchísimos más, quizás cien veces esa cantidad. Los que están muy lejos (a más de 5000 años luz) son difíciles de ver. El polvo en el espacio absorbe parte de su luz, especialmente la luz azul de sus estrellas jóvenes.
Los cúmulos abiertos más jóvenes a veces todavía están dentro de la nube de gas de la que nacieron. Iluminan esta nube, creando una región H II. Con el tiempo, la energía de las estrellas empuja el gas de la nube, dispersándolo. Se calcula que solo el 10% del gas de una nube se convierte en estrellas antes de que el resto del gas se disipe.
Estos cúmulos son muy importantes para entender cómo nacen las estrellas. Como todas las estrellas de un cúmulo tienen la misma edad y una composición química similar, es más fácil estudiar cómo cambian con el tiempo.
Las Híades son el cúmulo abierto más cercano a la Tierra. Las Pléyades son el más famoso y fácil de ver. Ambos están en la constelación de Tauro.
Contenido
- ¿Cómo se descubrieron los cúmulos estelares abiertos?
- ¿Cómo se forman los cúmulos estelares abiertos?
- ¿Cómo se clasifican los cúmulos estelares abiertos?
- ¿Dónde se encuentran los cúmulos abiertos en las galaxias?
- ¿De qué están hechos los cúmulos estelares?
- ¿Qué les pasa a los cúmulos estelares abiertos al final?
- ¿Por qué son importantes los cúmulos abiertos para estudiar las estrellas?
- ¿Cómo ayudan los cúmulos abiertos a medir distancias en el universo?
- Galería de imágenes
- Véase también
¿Cómo se descubrieron los cúmulos estelares abiertos?
Desde hace mucho tiempo, la gente ya notaba grupos de estrellas como las Pléyades o las Híades. Ptolomeo, en el año 138 a.C., ya mencionaba algunos. Al principio, algunos pensaban que eran nebulosas (nubes de gas).
Pero en 1609, cuando se inventó el telescopio, Galileo observó un cúmulo llamado El Pesebre. Fue el primero en darse cuenta de que estaba hecho de muchas estrellas individuales. Como los cúmulos abiertos son muy brillantes, eran fáciles de ver con los primeros telescopios. Para 1782, ya se conocían 66 cúmulos diferentes.
Los astrónomos notaron dos tipos de cúmulos:
- Algunos tenían cientos de estrellas en forma de esfera, cerca del centro de la Vía Láctea.
- Otros tenían menos estrellas, distribuidas de forma irregular, por toda la galaxia.
Así, dividieron los cúmulos estelares en cúmulos globulares (los esféricos y densos) y cúmulos abiertos (los más dispersos).
Pronto se dieron cuenta de que las estrellas de los cúmulos abiertos estaban realmente conectadas. En 1767, John Michell calculó que era muy poco probable que un grupo como las Pléyades fuera solo una coincidencia. Más tarde, mediciones precisas mostraron que las estrellas de un cúmulo se mueven juntas por el espacio. También se vio que tenían la misma velocidad al acercarse o alejarse de nosotros. Esto demostró que nacieron al mismo tiempo, están a la misma distancia y forman un grupo.
Aunque los cúmulos abiertos y globulares son diferentes, no hay una línea clara entre un cúmulo globular poco denso y un cúmulo abierto muy poblado. Algunos científicos creen que se forman de manera similar. La diferencia es que las condiciones para formar cúmulos globulares gigantes ya no existen en nuestra galaxia.
¿Cómo se forman los cúmulos estelares abiertos?
Muchas estrellas nacen en grupos, no solas. Una gran nube de gas, muchas veces más grande que nuestro Sol, es lo suficientemente pesada como para colapsar por su propia gravedad. Pero no puede formar una sola estrella grande.
Los cúmulos abiertos se forman muy rápido, en comparación con su larga vida. Todo empieza cuando una parte de una gran nube molecular (una nube fría y densa de gas) empieza a colapsar. Esto puede ser causado por ondas de choque de una supernova cercana o por interacciones gravitacionales. Cuando la nube colapsa, se rompe en pedazos más pequeños, formando miles de estrellas. Se estima que en nuestra galaxia se forma un cúmulo abierto cada pocos miles de años.
Cuando las estrellas empiezan a formarse, las más grandes y calientes (llamadas de tipo OB) emiten mucha radiación ultravioleta. Esta radiación calienta el gas alrededor, creando una región H II. Los vientos estelares de estas estrellas y la presión de la radiación empujan el gas hacia afuera. En unos pocos millones de años, el cúmulo tendrá su primera supernova, lo que también ayuda a expulsar el gas. Después de varias decenas de millones de años, el cúmulo ya no tiene gas y la formación de estrellas ha terminado. Generalmente, menos del 10% del gas inicial se convierte en estrellas.
Otro modelo sugiere que el cúmulo se forma rápidamente en el centro de la nube. Cuando las estrellas más grandes brillan, expulsan el gas restante. Este proceso puede durar de uno a tres millones de años. Como solo el 30% o 40% del gas se convierte en estrellas, la expulsión del gas puede hacer que el cúmulo pierda muchas de sus estrellas, o incluso todas. Los cúmulos que se forman así pierden mucha masa al principio. Se cree que la mayoría de las estrellas nacen en cúmulos, por lo que son muy importantes para la formación de las galaxias.
A veces, dos o más cúmulos abiertos se forman de la misma nube. Por ejemplo, en la Gran Nube de Magallanes, los cúmulos Hodge 301 y R136 nacieron en la nebulosa de la Tarántula. En nuestra galaxia, se cree que las Híades y El Pesebre se formaron de la misma nube hace unos 600 millones de años.
También pueden formarse cúmulos binarios, donde dos cúmulos nacen al mismo tiempo. Se calcula que el 8% de los cúmulos abiertos son binarios. El mejor ejemplo en la Vía Láctea es el Cúmulo Doble de Perseo, formado por «h Persei» y «χ Persei».
¿Cómo se clasifican los cúmulos estelares abiertos?
Los cúmulos abiertos pueden ser muy dispersos, con pocas estrellas, o muy densos, con miles. Suelen tener un centro denso y una parte exterior más extendida. El centro mide unos 3-4 años luz de diámetro, y la parte exterior puede llegar a 20 años luz. En el centro, la densidad de estrellas es mucho mayor que cerca de nuestro Sol.
En 1930, Harlow Shapley creó un sistema sencillo para clasificar los cúmulos abiertos. Usa una letra de la "a" a la "g" para describir cuántas estrellas tienen y qué tan concentradas están:
- a: Irregularidades en el campo estelar.
- b: Asociaciones de estrellas.
- c: Cúmulos irregulares y poco unidos.
- d: Cúmulos poco unidos.
- e: Cúmulos con concentración y cantidad de estrellas intermedias.
- f: Cúmulos bastante concentrados.
- g: Cúmulos con muchas estrellas y muy concentrados.
Ese mismo año, Robert Trumpler ideó un sistema más complejo. Cada cúmulo recibe tres caracteres:
- El primero (números romanos I a IV) indica su concentración y tamaño (de mayor a menor).
- El segundo (números arábigos 1 a 3) muestra el brillo de sus estrellas (de menos a más).
- El tercero (p, m, o r) indica si el cúmulo es pobre (menos de 30 estrellas), medio (entre 50 y 100) o rico (más de 100).
- Si el cúmulo está dentro de una nebulosa, se le añade una "n" al final.
Por ejemplo, las Pléyades se clasifican como «I3rn» (muy concentrado y brillante, rico en estrellas, y dentro de una nebulosa). Las Híades son «II3m» (más disperso y con menos estrellas).
¿Dónde se encuentran los cúmulos abiertos en las galaxias?
En las galaxias espirales, los cúmulos abiertos siempre están en los brazos espirales. Es allí donde hay más gas para formar estrellas. También se encuentran en el plano de la galaxia.
En las galaxias irregulares, los cúmulos abiertos pueden estar en cualquier lugar. Cuanto más gas hay, más cúmulos suelen formarse. Sin embargo, no se encuentran cúmulos abiertos en las galaxias elípticas. Esto se debe a que en ellas la formación de estrellas terminó hace mucho tiempo, y los cúmulos que existieron ya se han dispersado.
En nuestra galaxia, los cúmulos más antiguos están más lejos del centro. Esto es porque las fuerzas de la galaxia son más fuertes cerca del centro. Por eso, los cúmulos que nacen cerca del centro se dispersan más rápido que los que nacen en las zonas exteriores.
Conocemos unos 1100 cúmulos abiertos en nuestra galaxia, pero se cree que hay cien veces más.
¿De qué están hechos los cúmulos estelares?
Como los cúmulos abiertos se dispersan antes de que la mayoría de sus estrellas mueran, la luz que emiten suele venir de estrellas jóvenes, azules, muy brillantes y calientes. Estas estrellas son las más grandes y viven poco tiempo (solo unas decenas de millones de años) porque queman su combustible muy rápido. Por eso, los cúmulos abiertos más viejos suelen tener más estrellas amarillas.
Algunos cúmulos abiertos tienen estrellas azules que son más jóvenes que el resto del cúmulo. Se les llama "estrellas rezagadas azules". En los cúmulos globulares, se cree que estas estrellas nacen de choques entre estrellas. Pero en los cúmulos abiertos, que no son tan densos, se piensa que se forman cuando dos estrellas se unen en un sistema binario y luego se fusionan en una sola estrella más grande y caliente.
Con el tiempo, las estrellas de tamaño mediano y pequeño se quedan sin hidrógeno. Entonces, no pueden seguir produciendo energía. Expulsan sus capas exteriores para formar una nebulosa planetaria y se convierten en enanas blancas. Aunque la mayoría de los cúmulos se dispersan antes de que muchas estrellas lleguen a esta etapa, se ven menos enanas blancas de lo esperado. Una posible razón es que cuando las estrellas expulsan sus capas, pueden recibir un "empujón" que las lanza fuera del cúmulo.
¿Qué les pasa a los cúmulos estelares abiertos al final?
Muchos cúmulos abiertos son inestables. Esto significa que la velocidad necesaria para escapar del cúmulo es menor que la velocidad promedio de sus estrellas. Estos cúmulos se dispersan rápidamente en solo unos pocos millones de años. A menudo, la expulsión de gas por las estrellas jóvenes reduce la masa del cúmulo, lo que facilita su dispersión.
Los cúmulos que son lo suficientemente grandes como para mantenerse unidos por la gravedad pueden durar decenas de millones de años. Pero con el tiempo, siempre tienden a dispersarse. Dentro del cúmulo, las estrellas pueden chocar entre sí. Esto puede hacer que una estrella acelere tanto que escape del cúmulo. Esto causa una lenta "evaporación" de sus miembros.
Además, los cúmulos pueden ser afectados por eventos externos. Por ejemplo, si un cúmulo pasa cerca o a través de una nube molecular (lo que ocurre cada 500 millones de años, aproximadamente). Las fuerzas de la gravedad en ese encuentro pueden alterar mucho el cúmulo. Al final, el cúmulo se convierte en una "corriente" de estrellas. Ya no están lo suficientemente juntas para ser un cúmulo, pero siguen moviéndose en direcciones y velocidades similares.
El tiempo que tarda un cúmulo en dispersarse depende de su densidad inicial. Los cúmulos más densos duran más. Se estima que la vida media de un cúmulo (cuando ha perdido la mitad de sus estrellas) es de entre 150 y 800 millones de años.
Una vez que un cúmulo ya no está unido por la gravedad, muchas de sus estrellas se mueven por el espacio en trayectorias parecidas. Esto se llama asociación estelar o grupo móvil. Algunas de las estrellas más brillantes de la Osa Mayor fueron parte de un cúmulo abierto que ahora es una asociación estelar. Finalmente, las pequeñas diferencias en sus velocidades harán que se separen por toda la galaxia.
¿Por qué son importantes los cúmulos abiertos para estudiar las estrellas?
Cuando se dibuja un diagrama de Hertzsprung-Russell para un cúmulo abierto, se ve que la mayoría de sus estrellas están en la secuencia principal. Las estrellas más grandes ya han empezado a dejar la secuencia principal y se están convirtiendo en gigantes rojas. De hecho, estas estrellas se usan para calcular la edad del cúmulo.
Como todas las estrellas de un cúmulo abierto están a la misma distancia de la Tierra, nacieron casi al mismo tiempo y del mismo material, las diferencias en su brillo se deben solo a su masa. Esto hace que los cúmulos sean muy útiles para estudiar cómo evolucionan las estrellas. Al comparar dos estrellas diferentes, muchos factores ya son conocidos.
Estudiar las cantidades de litio y berilio en los cúmulos abiertos da pistas importantes sobre la evolución de las estrellas. El litio y el berilio se queman a temperaturas más bajas que el hidrógeno. Esto significa que sus cantidades dependen de cómo se mezclan los materiales dentro de las estrellas. Estudiar estos elementos ayuda a determinar la edad y la composición química de las estrellas.
Los estudios también muestran que la cantidad de estos elementos es menor de lo que se esperaba. Aunque no se sabe la razón exacta, una posibilidad es que el movimiento del material dentro de las estrellas (convección) llegue a zonas donde la radiación es la forma principal de transportar energía.
¿Cómo ayudan los cúmulos abiertos a medir distancias en el universo?
Saber la distancia de los objetos astronómicos es clave para entenderlos. Pero la mayoría están demasiado lejos para medir su distancia directamente. La escalera de distancias cósmicas usa una serie de mediciones indirectas. Empieza con objetos cercanos cuya distancia se puede medir directamente, y luego se extiende a objetos más lejanos. Los cúmulos abiertos son muy importantes en este proceso.
Podemos medir directamente la distancia de los cúmulos abiertos más cercanos de varias maneras. Primero, se puede usar el paralaje. Esto es observar un objeto desde la Tierra en dos puntos opuestos de su órbita alrededor del Sol. El pequeño cambio en su posición aparente nos ayuda a calcular la distancia. Cúmulos como las Pléyades, las Híades y otros a menos de 500 años luz se pueden medir así. El satélite Hipparcos fue diseñado para medir estas distancias con más precisión.
Otro método directo es el método del cúmulo móvil. Se basa en que todas las estrellas de un cúmulo se mueven juntas por el espacio. Si medimos cómo se mueven las estrellas del cúmulo, podemos ver que parecen dirigirse a un punto en el cielo. La velocidad a la que se acercan o alejan de nosotros se puede medir con el efecto Doppler. Con esta información y la distancia angular al punto de fuga, podemos calcular la distancia al cúmulo usando trigonometría. Las Híades son el mejor ejemplo de este método. Se ha calculado que están a unos 46.34 pársecs (aproximadamente 151 años luz) de la Tierra.
Una vez que se conocen las distancias a los cúmulos cercanos, se pueden usar otras técnicas para medir distancias a cúmulos más lejanos. Por ejemplo, se puede comparar el diagrama de Hertzsprung-Russell de un cúmulo lejano con el de uno cuya distancia ya se conoce. El cúmulo abierto más cercano es el de las Híades. Aunque hay una asociación estelar más cerca, no se considera un cúmulo abierto porque sus estrellas no están unidas por la gravedad. El cúmulo abierto más lejano conocido en nuestra galaxia es Berkeley 29, a casi 50.000 años luz. También se pueden detectar cúmulos abiertos en otras galaxias cercanas, como las del Grupo Local.
Conocer con precisión las distancias a los cúmulos abiertos es muy importante. Nos ayuda a entender la relación entre el período y el brillo de algunas estrellas variables, como las cefeidas o las RR Lyrae. Estas estrellas son como "faros" en el espacio, ya que su brillo real se puede calcular. Así, podemos usarlas para medir distancias a objetos muy lejanos, incluso en otras galaxias del Grupo Local.
Galería de imágenes
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Cúmulo estelar abierto M11. Puede observarse su estructura poco densa, formada por estrellas jóvenes y brillantes.
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Las Pléyades son el cúmulo abierto más popular y reconocido.
Véase también
En inglés: Open star cluster Facts for Kids
