La mayoría de estrellas aisladas son expulsadas por sus cúmulos

La mayoría de las estrellas masivas aisladas en el espacio vacío, de ocho o más veces la masa de nuestro sol, son expulsadas por la actividad de sus propios cúmulos estelares.

Las estrellas masivas normalmente residen en cúmulos. Las estrellas masivas aisladas se denominan estrellas masivas de campo. Dos trabajos publicados por estudiantes de la Universidad de Michigan examinaron la mayoría de estas estrellas en la Pequeña Nube de Magallanes, una galaxia enana cerca de la Vía Láctea.

Los estudios, que aparecen en el mismo número de The Astrophysical Journal, revelan cómo estas estrellas masivas de campo se originan o se vuelven tan aisladas. Comprender cómo se aíslan las estrellas masivas de campo, ya sea que se formen de forma aislada o que se aíslen al ser expulsadas de un cúmulo de estrellas, ayudará a los astrónomos a investigar las condiciones en las que se forman las estrellas masivas. Comprender esto y la formación de cúmulos es fundamental para comprender cómo evolucionan las galaxias.

"Aproximadamente una cuarta parte de todas las estrellas masivas parecen estar aisladas, y esa es nuestra gran pregunta", dijo en un comunicado Johnny Dorigo Jones, estudiante universitario reciente. "¿Cómo se encuentran aislados y cómo llegaron allí?".

Dorigo Jones muestra en su artículo que la gran mayoría de las estrellas masivas de campo son "fugitivas" o estrellas expulsadas de cúmulos. La estudiante de posgrado Irene Vargas-Salazar buscó estrellas masivas de campo que pudieran haberse formado en relativo aislamiento al buscar evidencia de pequeños cúmulos a su alrededor. Eso significa que estas estrellas relativamente aisladas podrían haberse formado junto con estas estrellas más pequeñas. Pero encontró muy pocos de estos grupos débiles.

"Debido a que las estrellas masivas requieren una gran cantidad de material para formarse, generalmente hay muchas estrellas más pequeñas a su alrededor", dijo Vargas-Salazar. "Mi proyecto pregunta específicamente cuántas de estas estrellas masivas de campo podrían haberse formado en el campo".

Dorigo Jones examinó cómo las estrellas masivas de campo son expulsadas de los cúmulos. Observa los dos mecanismos diferentes que producen fugas: expulsión dinámica y expulsión de supernova binaria. En el primero, las estrellas masivas son expulsadas de sus cúmulos, hasta a medio millón de millas por hora, debido a las configuraciones orbitales inestables de los grupos estelares. En el segundo, una estrella masiva es expulsada cuando un par binario tiene una estrella que explota y lanza a su compañera al espacio.

"Al tener las velocidades y las masas de nuestras estrellas, podemos comparar las distribuciones de esos parámetros con las predicciones del modelo para determinar ciertas contribuciones de cada uno de los mecanismos de expulsión", dijo Dorigo Jones.

Encontró que las eyecciones dinámicas (eyecciones causadas por configuraciones orbitales inestables) eran aproximadamente de 2 a 3 veces más numerosas que las eyecciones de supernova. Pero Dorigo Jones también encontró los primeros datos de observación que muestran que una gran fracción del campo de estrellas masivas proviene de una combinación de eyecciones dinámicas y de supernova.

"Estos se han estudiado en el pasado, pero ahora hemos establecido las primeras restricciones de observación sobre el número de estos fugitivos de dos pasos", dijo. "La forma en que llegamos a esa conclusión es que, esencialmente, estamos viendo que las estrellas que rastrean las eyecciones de supernovas en nuestra muestra son demasiado numerosas y demasiado rápidas en comparación con las predicciones del modelo."

Los investigadores encontraron que potencialmente hasta la mitad de las estrellas que se pensó inicialmente que eran de eyecciones de supernova fueron primero expulsadas dinámicamente.

Los hallazgos de Vargas-Salazar también apoyan la idea de que la mayoría de las estrellas masivas de campo son fugitivas, pero ella observó condiciones opuestas: buscó estrellas masivas de campo que se formaron en relativo aislamiento en pequeños cúmulos de estrellas más pequeñas, donde está la estrella objetivo masiva, llamada "punta del iceberg, o cúmulos TIB. Lo hizo usando dos algoritmos, "amigos de amigos" y "vecinos más cercanos", para buscar esos cúmulos alrededor de 310 estrellas masivas de campo en la Pequeña Nube de Magallanes.

El algoritmo de "amigos de amigos" mide la densidad numérica de estrellas contando cuántas estrellas hay a una distancia específica de la estrella objetivo y luego haciendo lo mismo con esas estrellas a su vez. Cuanto más compactas estén las estrellas, más probabilidades hay de que sean un cúmulo. El algoritmo de los "vecinos más cercanos" mide la densidad numérica de estrellas entre la estrella objetivo y sus 20 compañeras más cercanas. Cuanto más compacto y denso sea el grupo, es más probable que sean agrupaciones, dijo Vargas-Salazar.

Mediante pruebas estadísticas, Vargas-Salazar comparó estas observaciones con tres conjuntos de datos de campo aleatorio y comparó las estrellas masivas fugitivas conocidas con las no fugitivas. Descubrió que sólo unas pocas estrellas masivas de campo parecían tener cúmulos TIB a su alrededor, lo que sugiere que muy pocas se formaron realmente en el campo. El equilibrio de las estrellas de campo debe haberse originado como fugitivos.

"Al final, mostramos que el 5% o menos de las estrellas tenían cúmulos TIB. En cambio, nuestros hallazgos implican que la mayoría de las estrellas en las muestras de campo podrían estar fuera de control", dijo Vargas-Salazar.