Westerlund 1

Westerlund 1 (abreviado Wd1 , a veces llamado Cúmulo de Ara ^{[ 6 ]} ) es un cúmulo estelar joven y compacto ^situado a unos 3,8 kpc (12 000 años luz) de la Tierra. Se cree que es el cúmulo estelar joven más masivo de la Vía Láctea [ ^{4 ]} y fue descubierto por Bengt Westerlund en 1961 ^{[ 7 ]} , pero permaneció prácticamente sin estudiar durante muchos años debido a la alta absorción interestelar en su dirección. En el futuro, probablemente evolucionará hasta convertirse en un cúmulo globular ^{[ 8 ]} .

El cúmulo contiene una gran cantidad de estrellas raras, evolucionadas y de alta masa, incluyendo: 6 hipergigantes amarillas , 4 supergigantes rojas incluyendo Westerlund 1 W26 , una de las estrellas más grandes conocidas , 24 estrellas Wolf-Rayet , una variable azul luminosa , muchas supergigantes OB y ​​una estrella supergigante sgB[e] inusual que se ha propuesto que es el remanente de una fusión estelar reciente . ^{[ 9 ]} Además, las observaciones de rayos X han revelado la presencia del púlsar de rayos X anómalo CXO J164710.20-455217 , una estrella de neutrones de rotación lenta que debe haberse formado a partir de una estrella progenitora de alta masa. ^{[ 10 ]} Se cree que Westerlund 1 se formó en un solo estallido de formación estelar, lo que implica que las estrellas constituyentes tienen edades y composiciones similares.

Además de albergar algunas de las estrellas más masivas y menos comprendidas de nuestra galaxia, Westerlund 1 resulta útil como un supercúmulo estelar relativamente cercano y fácil de observar que puede ayudar a los astrónomos a determinar qué ocurre dentro de los supercúmulos estelares extragalácticos.

Las estrellas más brillantes de la secuencia principal O7–8V en Wd1 tienen magnitudes fotométricas en banda V de alrededor de 20,5, por lo que en longitudes de onda visuales Wd1 está dominado por estrellas post-secuencia principal altamente luminosas (magnitudes en banda V de 14,5–18, magnitudes absolutas de −7 a −10), junto con estrellas post-secuencia principal menos luminosas de clase de luminosidad Ib y II (magnitudes en banda V de 18–20). Debido al enrojecimiento interestelar extremadamente alto hacia Wd1, es muy difícil observar en las bandas U y B, y la mayoría de las observaciones se realizan en las bandas R o I en el extremo rojo del espectro o en el infrarrojo . Las estrellas en el cúmulo generalmente se nombran utilizando una clasificación introducida por Westerlund, ^{[ 11 ]} aunque a menudo se utiliza una convención de nomenclatura separada para las estrellas Wolf-Rayet. ^{[ 12 ]}

En longitudes de onda de rayos X, Wd1 muestra emisión difusa de gas interestelar y emisión puntual de estrellas de alta masa, posteriores a la secuencia principal, y de baja masa, anteriores a la secuencia principal. El magnetar Westerlund 1 es la fuente puntual de rayos X más luminosa del cúmulo, junto con la estrella sgB[e] W9, el sistema binario (presunto) W30a y las estrellas Wolf-Rayet WR A y WR B, todas ellas fuentes de rayos X intensas. Aproximadamente otras 50 fuentes puntuales de rayos X están asociadas con contrapartes ópticas luminosas. Finalmente, en longitudes de onda de radio , la estrella sgB[e] W9 y las supergigantes rojas W20 y W26 son fuentes de radio intensas, mientras que la mayoría de las hipergigantes frías y algunas supergigantes OB y ​​estrellas Wolf-Rayet también se detectan.

La edad de Wd1 se estima en 4–5 Myr a partir de la comparación de la población de estrellas evolucionadas con modelos de evolución estelar . La presencia de un número significativo de estrellas Wolf-Rayet y supergigantes rojas y amarillas en Wd1 representa una fuerte restricción sobre la edad: la teoría sugiere que las supergigantes rojas no se formarán hasta alrededor de 4 Myr, ya que las estrellas más masivas no pasan por una fase de supergigante roja, mientras que la población de Wolf-Rayet disminuye drásticamente después de 5 Myr. Este rango de edades es ampliamente consistente con las observaciones infrarrojas de Wd1 que revelan la presencia de estrellas de secuencia principal O tardía , aunque se ha sugerido una edad menor de alrededor de 3,5 Myr a partir de observaciones de estrellas de menor masa en Wd1. ^{[ 1 ]}    

Si Wd1 formó estrellas con una función de masa inicial típica , entonces el cúmulo habría contenido originalmente un número significativo de estrellas muy masivas, como las que se observan actualmente en el cúmulo Arches, más joven . Las estimaciones actuales de la edad de Wd1 son mayores que la vida útil de estas estrellas, y los modelos de evolución estelar sugieren que ya habría habido entre 50 y 150 supernovas en Wd1, con una tasa de supernovas de aproximadamente una cada 10 000 años durante el último millón de años. Sin embargo, hasta la fecha solo se ha detectado un remanente de supernova definitivo: el magnetar Westerlund 1, y la falta de otros objetos compactos y binarias de rayos X de alta masa es desconcertante. Se han propuesto varias sugerencias, incluyendo altas velocidades de retroceso de supernova que perturban los sistemas binarios, la formación de agujeros negros de masa estelar de acreción lenta (y por lo tanto indetectables) , o sistemas binarios en los que ambos objetos son ahora objetos compactos, pero el problema aún no se ha resuelto.

Dado que las estrellas de Westerlund 1 tienen la misma edad, composición y distancia, el cúmulo representa un entorno ideal para comprender la evolución de las estrellas masivas. La presencia simultánea de estrellas que evolucionan dentro y fuera de la secuencia principal constituye una prueba sólida para los modelos de evolución estelar, que actualmente tampoco pueden predecir correctamente la distribución observada de los subtipos Wolf-Rayet en Westerlund 1. ^{[ 14 ]}

Varias líneas de evidencia apuntan a una alta fracción de sistemas binarios entre las estrellas de alta masa en Wd1. Algunos sistemas binarios masivos se detectan directamente mediante fotometría ^{[ 15 ]} y observaciones de velocidad radial ^{[ 16 ]} , mientras que muchos otros se infieren a través de características secundarias (como alta luminosidad de rayos X, espectros de radio no térmicos y exceso de emisión infrarroja) que son típicas de sistemas binarios de vientos colisionantes o estrellas Wolf-Rayet formadoras de polvo. Actualmente se estiman fracciones binarias generales del 70% para la población Wolf-Rayet ^{[ 12 ]} y superiores al 40% para las supergigantes OB, aunque ambas podrían ser incompletas. ^{[ 16 ]}

Además de los miembros documentados del cúmulo, se cree que la luminosa variable azul MN44 es una estrella fugitiva expulsada de Westerlund 1 hace entre cuatro y cinco millones de años. ^{[ 17 ]}

• Westerlund 2

• "Clave Westerlund 1" . SIMBAD . Centre de données astronomiques de Estrasburgo .
• Ilustración artística de un magnetar. Satélites de rayos X captan un magnetar en un gigantesco "hipo" estelar. Sitio web de la ESA , 2007.
• Imagen de Westerlund 1
• Se ha encontrado una estrella de neutrones donde se esperaba un agujero negro.