Nuevos avances y técnicas en el estudio de cúmulos estelares

El cúmulo NGC 6569, en imágenes infrarrojas de VVV. Crédito: ESO/VVV Team.

 

Las imágenes infrarrojas obtenidas por el proyecto VVV han contribuido en la comprensión de diferentes fenómenos astrofísicos. Dos investigadores de CITEVA -usando estos datos, observaciones de la sonda espacial Gaia y técnicas de aprendizaje de máquinas- profundizan el estudio de cúmulos estelares de diferentes edades y poblaciones, y su relación con nuestra Galaxia.

Los astrónomos Karla Peña Ramírez y Javier Alonso-García del Centro de Astronomía (CITEVA) de la Universidad de Antofagasta, han trabajado prolongadamente con datos del catastro Variables VISTA de la Vía Láctea (en inglés, VISTA Variables in the Vía Láctea o VVV),  caracterizando cúmulos estelares que se encuentran en el disco y hacia el centro de nuestra galaxia, con óptimos resultados.

Los cúmulos son agrupaciones de estrellas nacidas de la misma nube molecular aproximadamente al mismo tiempo, con sus miembros relacionados  entre sí por atracción de gravedad mutua. Existen dos tipos: cúmulos globulares, mayores y más viejos; y cúmulos abiertos, menores y más jóvenes. El estudio de ambos nos permite una mejor caracterización de sus miembros, llevando a una comprensión más profunda de estos objetos, lo que ayuda a una mejor comprensión de los orígenes y de la evolución anterior y actual de nuestra Galaxia. 

VVV es un catastro observacional que estudia las regiones internas de nuestra galaxia, la Vía Láctea, a través de la astrometría y fotometría en el infrarrojo, usando datos proporcionados por el telescopio VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy), el cual se encuentra en el observatorio Paranal ubicado en la Región de Antofagasta y es manejado por el Observatorio Europeo Austral ESO (por su sigla en inglés). 

Utilizando estos datos, investigadores del Centro de Astronomía, han podido realizar sus estudios para poder caracterizar diversos cúmulos estelares. Para la astrónoma Karla Peña Ramírez, estos datos han sido clave para extender el entendimiento de estos grupos de estrellas, ya que hasta hace pocos años se creía que su censo en la vecindad solar se había completado. Gracias a los nuevos instrumentos  y técnicas en el tratamiento de datos, se han logrado identificar nuevas aristas estudiables.

“Ahora tenemos todo el aparataje para revisar en detalle las poblaciones de los cúmulos en nuestra galaxia. A través de técnicas propias del aprendizaje de máquinas (machine learning), se logran analizar grandes bases de datos en varias dimensiones de manera simultánea”.

Karla Peña Ramírez, recientemente ha estudiado seis cúmulos estelares abiertos, en una investigación conjunta con otros astrónomos. El artículo “The VVV open cluster project. Near-infrared sequences of NGC 6067, NGC 6259, NGC 4815, Pismis 18, Trumpler 23, and Trumpler 20”, ha sido publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), una de las revistas de alto impacto en lo que a astronomía se refiere. 

Este artículo es el primero de una serie que estudia seis cúmulos estelares abiertos, usando datos de la sonda espacial Gaia, liberados a través de su llamado “data release 2”. Los datos se complementan con los entregados por el telescopio VISTA. 

Para lograr aislar los cúmulos y poder estudiarlos se llevó a cabo una metodología en dos etapas. La primera etapa consiste en identificar en términos de densidad los cúmulos usando parámetros astrométricos, es decir, parámetros relacionados con la distancia y los movimientos propios en el espacio de cada cúmulo. En una segunda etapa, se aíslan los objetos que presentan la distribución Gaussiana detectada; y se someten a un proceso de  asignación de membresía no supervisada, identificando los objetos que en principio pertenecen al cúmulo, ya que comparten propiedades fotométricas. Gracias a este proceso en dos etapas se logran determinar las edades, cantidad de enrojecimiento y masa de los cúmulos identificados.

 

Distribución espacial en el cielo, secuencia evolutiva y distribución de movimientos transversales en el cielo codificados en términos de distancia para el cúmulo NGC6067.

 

Los resultados del estudio arrojaron datos relevantes para la literatura previa, ya que al analizar desde el infrarrojo cercano estos seis cúmulos, se descubrió que la población de los cúmulos estudiados es ~45% mayor de lo que se conocía hasta ahora. Con esto, se aumentó el conocimiento de la secuencia de estos seis cúmulos en el infrarrojo cercano, agregando el  descubrimiento de nuevos miembros que otros estudios no habían podido incluir en sus análisis, siendo la masa total de los cúmulos una de las variables más impactada.

Por su parte, el astrónomo Javier Alonso-García, recientemente ha publicado el segundo artículo de una serie de estudios sobre los cúmulos globulares: “Variable stars in the VVV globular clusters. II. NGC6441, NGC6569, NGC6626 (M28), NGC6656 (M22), 2MASS-GC02, and Terzan10“, el cual ha sido aceptado para su publicación en la revista Astronomy and Astrophysics (A&A) y en el que también han participado los astrónomos de CITEVA, Karla Peña Ramírez y Sebastián Ramírez Alegría.

Alonso-García, analizó seis cúmulos globulares (diferentes a los cúmulos abiertos estudiados por Peña Ramírez), concentrándose en estudiar las estrellas variables pulsantes clásicas de estos cúmulos. Las que tienen un ciclo en el que cambian su brillo y con ello es posible medir su distancia, algo que en astronomía, según comentó Alonso-García, es muy difícil de lograr:

Las distancias en astronomía son enormes y no podemos ir hasta una estrella con una nave para medir la distancia a la que se encuentra. Por ello, los astrónomos han desarrollado diferentes métodos para calcularla. Uno de los más empleados consiste en usar estrellas pulsantes clásicas: sabiendo qué tan brillantes nos parece en nuestro telescopio y cuán largos son los periodos en que cambian su brillo podremos calcular su distancia aquí en la Tierra”.

Además de las distancias, las estrellas pulsantes clásicas permiten restringir otros parámetros observacionales de los cúmulos globulares estudiados, tales como el grado de extinción de la luz que nos llega de estas fuentes. La identificación de las estrellas pulsantes se pudo lograr gracias a la utilización en el estudio de un método mejorado  que incluye un nuevo parámetro -más eficaz- para identificar candidatos variables. Asimismo se midieron sus movimientos y posición en el cielo, para determinar si pertenecen a los cúmulos en los que se encontraron.

Como resultado, lograron detectar varias decenas de estrellas variables que no se habían identificado en la literatura previa. También lograron complementar los datos entregados por Gaia para estos cúmulos, proporcionando en algún caso incluso una medición más precisa de sus movimientos propios. “Creemos que esta diferencia es debido a que el satélite Gaia, al observar en longitudes de onda ópticas, no está identificando estrellas del cúmulo 2MASS-GC02, el que sufre mayor extinción de su luz de los seis cúmulos estudiados, y por tanto no proporciona una medida correcta del movimiento de las estrellas del cúmulo. Nuestras observaciones en el infrarrojo nos permiten llegar más profundo, identificando bien las estrellas del cúmulo, y proporcionando entonces un valor más ajustado del movimiento del cúmulo”, agregó Alonso-García.

Los resultados de ambos estudios presentan información relevante para estudios posteriores, además de enriquecer la literatura sobre el conocimiento de nuestra galaxia, principalmente por el uso del infrarrojo cercano proporcionado por la cámara del telescopio VISTA, ya que la luz de las estrellas que viene desde las regiones más cercanas al plano de la Vía Láctea, tiene que atravesar varias capas de contaminación antes de llegar a nuestros ojos.

Observar tanto desde la Tierra, como desde el espacio, de manera óptica e infrarroja, ayuda a caracterizar mejor los objetos que se encuentran en nuestra galaxia; cuantas más dimensiones observadas, más completo será el conocimiento.