Astrofísicos descubren el cúmulo globular más pobre en metales del interior de la Vía Láctea

Los cúmulos globulares son agrupaciones de miles, o incluso millones, de estrellas antiguas. Han existido desde las primeras épocas de la formación de las galaxias y se consideran sistemas importantes que proporcionan pistas relevantes sobre sus galaxias madre. Nuestra Vía Láctea alberga una colección única de más de 150 de estos sistemas antiguos. Una fracción significativa de ellos reside en las regiones interiores de la galaxia y se mueve en órbitas confinadas a unos pocos kpc (< 26.000 años luz) dentro de la órbita del Sol. En estas regiones internas de la Vía Láctea se han estudiado y descubierto más de un centenar de cúmulos globulares con un contenido de hierro que va desde ~0.5% a 88% del contenido de hierro observado en nuestro Sol.

Sin embargo, este punto de vista ha cambiado recientemente con el descubrimiento de dos estrellas gigantes rojas con un contenido de hierro extremadamente bajo, identificadas en las regiones más internas del cúmulo globular VVV CL001. Estas estrellas contienen menos hierro en sus atmósferas estelares, mucho menos que el 0.3% del hierro contenido en el Sol. Lo anterior transforma a VVV CL001 en uno de los potenciales candidatos a pertenecer a una exótica y rara familia de cúmulos globulares antiguos, extremadamente deficientes en hierro e identificados en el interior de nuestra galaxia.

Esta investigación fue realizada por un grupo internacional de científicos dirigido por el Dr. José G. Fernández-Trincado (Université Bourgogne – Franche Comté/Universidad de Atacama), en colaboración con el Dr. Dante Minniti (Universidad Andrés Bello, Chile), el Dr. Timothy C. Beers (Universidad de Notre Dame, EE.UU.), Stefano Oliveira de Souza (estudiante de doctorado, Universidad de São Paulo, Brasil), y otros investigadores de varios países, entre ellos EE.UU., Francia, Brasil, Chile y México.

La investigación, que fue publicada en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal Letters, utiliza datos de múltiples sondeos astronómicos, entre los que se encuentran el Vista Variables in the Via Lactea eXtended Survey (VVVX) y la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea. Además, se utilizó uno de los espectrógrafos gemelos del sondeo Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE-2), instalado en el telescopio Irénée du Pont del Observatorio Las Campanas.

El bajísimo contenido de hierro identificado en VVV CL001 sitúa a este objeto en el límite extremo de metalicidad conocido por los astrónomos como el suelo de metalicidad, lo que trae importantes consecuencias para entender el ensamblaje de estos sistemas en el Universo, y las teorías sobre la formación de las galaxias en épocas tempranas. En la Vía Láctea, sólo se conocen dos cúmulos globulares en este régimen de metalicidad extrema: VVV CL001, que vaga por las regiones interiores de la galaxia, y ESO280-SC06, más allá de la órbita del Sol.

VVV CL001 fue descubierto por el Dr. Dante Minniti (segundo coautor del presente estudio) hace una década utilizando fotometría en el infrarrojo cercano, proporcionada por el proyecto VISTA Variables en la Vía Láctea (VVV), uno de los seis estudios públicos de ESO que utiliza el telescopio de rastreo en el visible e infrarrojo de 4 metros (VISTA).

Hasta hace poco, no era posible realizar un estudio detallado de la composición química de VVV CL001 debido a la gran cantidad de oscurecimiento producido por el polvo de materia interestelar en el interior de nuestra galaxia. Sin embargo, utilizando la espectroscopia en el infrarrojo cercano con uno de los espectrógrafos gemelos del sondeo Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE-2), instalado en el telescopio Irénée du Pont de 2,5 metros en el Observatorio Las Campanas, Chile, como parte del sondeo espectroscópico de la colaboración Sloan Digital Sky Survey IV permitió penetrar las barreras del polvo interestelar para obtener, por primera vez, información detallada de la composición química del interior de VVV CL001. Tanto la fotometría como la espectroscopia en el infrarrojo cercano han permitido colectar aquellos valiosos fotones que lograron atravesar el polvo interestelar.

“Muchos aspectos de nuestro descubrimiento apuntan que VVV CL001 fue posiblemente un satélite arrancado de una galaxia enana que fue completamente devorado por la Vía Láctea hace más de 10 mil millones de años atrás. El hallazgo de cúmulos globulares muy pobre en metales tal como VVV CL001 son atípicos en galaxias como la nuestra, y sus descubrimientos tienen importantes implicaciones en las teorías de cómo se forman las galaxias en el Universo”, explica el Dr. José G. Fernández-Trincado.

Los nuevos espectros estelares proporcionan características físicas individuales de las estrellas de las regiones más internas del cúmulo, como sus temperaturas y gravedades superficiales, pero también pueden proporcionar su velocidad en la dirección radial (es decir, podemos saber si se alejan o se acercan a nosotros y a qué velocidad lo hacen), y también su composición química (para algunas especies químicas como nitrógeno, oxígeno, magnesio, aluminio, silicio y hierro) a partir de múltiples observaciones.

Nuevas observaciones con el sondeo VVVX en el infrarrojo cercano han permitido estimar por primera vez una edad de aproximadamente doce mil millones de años para VVV CL001.

En el interior de la Vía Láctea, comenta Fernández-Trincado, existe otro centenar de candidatos a cúmulos globulares y la meta del grupo de investigadores es revelar su historia química y verificar que tan frecuentes son los cúmulos globulares con las propiedades observadas en VVV CL001, además de conocer qué implicaciones tienen ellos en el escenario de formación de nuestra Vía Láctea y otras galaxias similares a la nuestra en el Universo.