Webb investiga las cunas de los cúmulos estelares y descubre que los cúmulos masivos emergen más rápido

Astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA junto con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA han estudiado en profundidad miles de cúmulos estelares jóvenes en cuatro galaxias cercanas, analizando cúmulos en diferentes etapas de evolución. Sus hallazgos muestran que los cúmulos estelares más masivos emergen más rápidamente de las nubes en las que nacen, eliminando el gas y llenando la galaxia de luz ultravioleta. Este resultado nos proporciona una comprensión más detallada de la formación estelar en las galaxias, así como de cómo y dónde se forman los planetas.

Los astrónomos saben desde hace tiempo que comprender cómo se forman los cúmulos estelares es clave para desvelar otros secretos de la evolución galáctica. Las estrellas se forman en cúmulos, creados cuando las nubes de gas colapsan por efecto de la gravedad. A medida que nacen más y más estrellas en una nube en colapso, los fuertes vientos estelares, la intensa radiación ultravioleta y las explosiones de supernovas de estrellas masivas acaban dispersando la nube, poniendo fin a la formación estelar antes de que se agote todo el gas. Una vez que la nube de gas donde nació un cúmulo estelar desaparece, su luz puede influir en otras regiones de formación estelar de la galaxia. Este proceso se denomina retroalimentación estelar y significa que la mayor parte del gas de una galaxia nunca se utiliza para la formación de estrellas. Por lo tanto, investigar cómo se desarrollan los cúmulos estelares puede responder preguntas sobre la formación estelar a escala galáctica.

Los estudios de las regiones de formación estelar más cercanas, en la Vía Láctea y las galaxias enanas que la orbitan, nos permiten analizar los cúmulos estelares con el máximo detalle, pero nuestra posición en el disco galáctico hace que solo podamos observar unas pocas de estas regiones. Al observar galaxias cercanas, los astrónomos pueden estudiar miles de regiones de formación estelar y caracterizar poblaciones enteras de cúmulos estelares en diversas etapas de evolución, un logro posible gracias al lanzamiento de telescopios espaciales, principalmente el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA. Ambos tipos de investigación son necesarios para comprender verdaderamente cómo se produce la formación estelar en las galaxias.

El continuo desarrollo de la astronomía infrarroja nos ha permitido desvelar las capas gaseosas que aún ocultan los cúmulos estelares más jóvenes y comprender las primeras etapas de su formación, pero algunos aspectos siguen intrigando a los investigadores. Por ejemplo: cuando se forma un cúmulo estelar, ¿qué determina cuánto tiempo tarda en dispersar su nube de origen y comenzar a irradiar luz ultravioleta hacia la galaxia?

Ahora, el estado del arte ha avanzado aún más gracias a la colaboración entre el Hubble y el Webb, que proporcionan una visión de amplio espectro de miles de cúmulos estelares jóvenes. Un equipo internacional de astrónomos ha analizado minuciosamente imágenes de cuatro galaxias cercanas —Messier 51, Messier 83, NGC 628 y NGC 4449— del programa de observación FEAST (n.º 1783), intentando resolver este misterio. Sus resultados, publicados hoy en Nature Astronomy, muestran que son los cúmulos estelares más masivos los que disipan su envoltura gaseosa con mayor rapidez y comienzan a iluminar su galaxia antes.

El equipo identificó cerca de 9000 cúmulos estelares en las cuatro galaxias, cada uno en una etapa evolutiva distinta: cúmulos jóvenes que comenzaban a emerger de sus nubes de gas natales, cúmulos que habían dispersado parcialmente el gas (ambos detectados en imágenes del Webb) y cúmulos completamente despejados, visibles en luz visible (encontrados en imágenes del Hubble). Gracias a la capacidad del Webb para observar el interior de las nubes de gas, pudieron estimar la masa y la edad de cada cúmulo a partir de su espectro de luz. Los cúmulos más masivos habían emergido y dispersado completamente las nubes de gas tras unos cinco millones de años, mientras que los menos masivos tenían entre siete y ocho millones de años cuando emergieron de sus regiones de formación.

Responder a esta incógnita sobre qué cúmulos estelares disipan sus nubes natales con mayor rapidez supone un avance significativo en nuestra comprensión de la formación de galaxias. Las simulaciones de formación estelar y retroalimentación estelar han tenido dificultades para reproducir cómo se forman los cúmulos estelares y emergen de sus nubes de origen. Estos resultados nos proporcionan nuevas e importantes restricciones sobre ese proceso, explicó Angela Adamo, de la Universidad de Estocolmo y el Centro Oskar Klein en Suecia, autora principal del estudio e investigadora principal del programa FEAST.

Los cúmulos estelares masivos, con su abundancia de estrellas calientes, emiten naturalmente la mayor parte de la luz ultravioleta en las galaxias, pero este trabajo confirma que también tienen una ventaja inicial en la producción de retroalimentación estelar sobre los cúmulos más ligeros. Conocer dónde y cuándo esta retroalimentación estelar es más intensa a lo largo de la vida de una galaxia permite a los astrónomos predecir mejor cómo se distribuye el combustible para la formación estelar dentro de la galaxia y, por lo tanto, cómo es probable que se formen las estrellas y los cúmulos estelares.

Nuestras teorías sobre cómo se forman los planetas también se ven afectadas por esta investigación. Cuanto más rápido se elimina el gas dentro de un cúmulo estelar, antes se exponen los discos protoplanetarios alrededor de las estrellas a la intensa radiación ultravioleta de otras estrellas, y menos oportunidades tienen de atraer más gas de la nebulosa. Esto reduce las oportunidades que tienen para generar polvo y crear planetas.