Variables en cúmulos globulares

Un telescopio pequeño como es mi catadióptrico de 203 mm de abertura, bajo cielos oscuros y limpios, me permitió ver astros de la 15ª magnitud (en la zona de R CrB) hace unos años, lo que me sirvió de excusa para publicar varios artículos en la revista Tribuna de Astronomía que tratasen sobre la "magnitud límite" capturada por los aficionados. Pues bien, al trabajar con una cámara CCD acoplada a cualquier telescopio mediano (de 150-200 mm de abertura) noto que logro alcanzar magnitudes límites que están en el rango 16ª-18ª y, por tanto, estudiar un buen número de las variables más brillantes en cúmulos globulares.

Definimos un cúmulo globular como un cuerpo celeste formado por un conjunto muy abundante de estrellas (varios millares, en ocasiones más de medio millón de masas solares) unidas por la gravitación mutua, caracterizado por su larga vida (varios miles de millones de años) y porque telescópicamente parecen "bolas de nieve" (los más débiles semejan la "coma" de un cometa de poco brillo). Otro rasgo típico es que, a diferencia de los cúmulos abiertos, se sitúan dispersos en un halo esférico alrededor de la Galaxia a gran distancia del centro; sin embargo la característica física más evidente es la gran antigüedad de sus estrellas: prácticamente todas ellas son astros muy viejos, con edades similares al origen del Universo (10-15.000 millones de años). Un estudio espectroscópico de sus componentes pone de manifiesto que todas ellas son estrellas pobres en metales: esto significan que son muy antiguas puesto que carecen de los elementos químicos complejos (metales en el argot técnico) característicos de las estrellas de segunda o posterior generación como es nuestro Sol.

Dado que los globulares están ligados gravitacionalmente al núcleo de la Galaxia, y giran en órbitas de gran período alrededor de éste, las distancias hasta nosotros son mucho más elevadas que las de los cúmulos abiertos: gracias a su enorme luminosidad pueden ser divisados incluso a más de 100.000 años-luz, no siendo raros los que se sitúan incluso a dos o tres veces esta distancia (es el caso de NGC 2419, en Lynx). Y como el Sol (y la Tierra) están en uno de los brazos externos de la Galaxia, por lo general todos caen bastante lejos pues nosotros también distamos bastante del centro galáctico (unos 10.000 pc, cerca de 32.600 años-luz). Así raro es el globular que está más cerca de los 10.000 años-luz, aunque algunos de ellos (como M4) se sitúan en torno a los 6.000 años-luz y son, por tanto, cuerpos bastante bien estudiados fáciles de resolver incluso con instrumentos de aficionado. Sin embargo por lo general son distantes, entre los 10.000 y 100.000 años-luz, lo que impide que sus componenes individuales sean tan brillantes como para observarlas con telescopios pequeños.

Bien pero, ¿de qué tipo son sus componentes?; un estudio físico de las mismas, por medio de la espectroscopía, demuestra que las estrellas más brillantes de los globulares son, sin excepción, rojas o muy rojas: siendo tan distantes estos astros por fuerza han de ser del tipo gigante roja, una fase de la evolución estelar caracterizada por el gran hinchamiento de la estrella causado por el déficit de combustible en su núcleo (hidrógeno) y uso del helio como nuevo combustible.

¿Cuál es la distribución, por clases, de las estrellas que componen un globular?; el estudio espectroscópico permite trazar un diagrama H-R en el cual en el eje x podemos poner el índice de color (es decir, la temperatura superficial) mientras que en el eje y vamos marcando la magnitud aparente. Al hacer esta clasificación notamos enseguida que el diagrama H-R de un globular es to-talmente diferente al de un cúmulo abierto, pues en él no aparece la secuencia principal como en aquéllos, sino que encontramos una figura parecida a una cabeza con un "capirote" inclinado hacia atrás: un claro ejemplo es el diagrama H-R del globular M13 mostrado en la página anterior. Ahora vamos a estudiarle más despacio para contestar a la pregunta anterior.

Lo primero que notamos es que las estrellas más brillantes (que rondan la 12ª-13ª magnitud) tienen un índice de color en el rango 1,0-1,6 lo cual indican que son anaranjado-rojizas: si son tan rojas y brillan mucho no pueden ser más que del tipo gigante roja, como antes adelanté.

Si continuamos bajando el listón de la magnitud visual veremos que el siguiente escalón de brillo está en torno a la 13ª-15ª magnitud, en el cual aparecen gran cantidad de estrellas con índices 0,5-1,0 que pertenecen al color amarillo-anaranjado casi rojo y son del tipo subgigantes. Curiosamente en ese mismo rango (en torno a la 15ª) aparece un grupo de estrellas que, separado del cuerpo principal, parece dibujar una zona aplastada, casi horizontal, que corre paralela hacia los índices de color más bajos: es el denominado brazo horizontal (HB en la literatura profesional, Horizontal Branch, BH en mi gráfico), formado por estrellas con índices de color 0,5 a 0,0 o incluso un poco menor cuyos tipos espectrales son A y F, astros blancos y amarillentos más calientes.

Si continuamos bajando de magnitud notaremos que, finalmente, existe un grupo disperso de estrellas en el rango 17ª-22ª (o incluso más débiles todavía) que se parecen al arranque de la secuencia principal de un cúmulo abierto y que, precisamente, realmente pertenecen y forman parte de la secuencia principal del globular; todas son astros blancos o amarillentos con un índice cromático 0,4-0,9 casi del tipo solar y realmente tan brillantes como nuestro Sol si se colocase a esa enorme distancia de la Tierra…