Problema del segundo parámetro

El problema del segundo parámetro (o el problema del tercer parámetro ) es uno de los problemas no resueltos de la astronomía , que consiste en que, según la teoría de la evolución estelar , la morfología de la rama horizontal en los cúmulos estelares globulares debe determinarse únicamente por su metalicidad y edad. Sin embargo, en realidad, para cúmulos estelares de edad y metalicidad similares, la morfología de la rama horizontal puede ser muy diferente. Por lo tanto, se ve afectado por uno o más parámetros desconocidos.

Descripción

En los diagramas de Hertzsprung-Russell para cúmulos estelares globulares , se observan claramente ramas horizontales , formadas por estrellas que han comenzado a quemar helio en el núcleo. Las temperaturas y, por lo tanto, los colores de las estrellas de rama horizontal varían en un amplio rango y dependen principalmente de su metalicidad y también de su masa inicial. Dado que el tiempo de vida de una estrella está relacionado con su masa inicial, en un cúmulo globular, donde las estrellas se formaron casi simultáneamente, hay simultáneamente estrellas de un rango de masas muy pequeño en la rama horizontal. La dispersión de la temperatura de las estrellas de rama horizontal en un solo cúmulo se debe al hecho de que en las etapas anteriores de evolución , las estrellas pierden diferentes fracciones de masa [1] [2] .

Así, teóricamente, la morfología de la rama horizontal —la distribución de los parámetros estelares en ella— debería estar determinada por la metalicidad y la edad del cúmulo. Sin embargo, esto no se observa en la realidad: los cúmulos con una edad y un contenido de metal similares pueden tener una morfología de la rama horizontal muy diferente. En promedio, cuanto mayor es la metalicidad y menor la edad del racimo, más roja aparece la rama horizontal, pero estos parámetros determinan la morfología de la rama horizontal solo parcialmente. Por tanto, está influenciado por algún parámetro desconocido (uno o más), que se denomina “segundo parámetro”, o, si tenemos en cuenta la dependencia de la edad, “tercer parámetro”, que da nombre al problema [ 3] [4] [5] [6] .

Dado que la rama horizontal cruza la franja de inestabilidad y todas las estrellas en esta intersección son variables RR Lyrae , la rama horizontal se puede dividir en tres partes: la región de las variables RR Lyrae y dos partes en lados opuestos: azul y rojo. Esto permite determinar el "azulado" de la rama horizontal [4] [5] [6] :

donde es el número de estrellas en las partes azul y roja de la rama horizontal, respectivamente, y es el número de variables RR Lyrae. Así, el azulado va desde −1 para cúmulos donde todas las estrellas de la parte horizontal se ubican en su parte roja, hasta +1 para cúmulos donde todas se ubican en la parte azul. El diagrama de metalicidad-azulado de los cúmulos globulares muestra la dependencia entre estas cantidades, pero también existe una dispersión significativa en relación con ella [4] [5] [6] . Además, en ocasiones se observa que en algunos casos la morfología de las ramas horizontales es bastante compleja: por ejemplo, puede presentar bimodalidad, y se pierde información importante al describirla con un parámetro de azulado [7] [8] .

En el contexto de este problema, a menudo se consideran pares de cúmulos globulares con metalicidades similares pero morfología de rama horizontal muy diferente: por ejemplo, M 3 y M 13 , o NGC 288 y NGC 362 . M 3 y NGC 362 tienen ramas horizontales formadas principalmente por estrellas rojas, mientras que M 13 y NGC 288 tienen principalmente estrellas azules. Las edades de los cúmulos en estos pares son diferentes, pero no lo suficiente como para explicar la diferencia de azul. Entonces, por ejemplo, para el par NGC 288 y NGC 362, los parámetros de azulado son 0,98 y −0,87, respectivamente, y la diferencia de edad no supera los 2000 millones de años. Para explicar las diferencias observadas solo por la edad, NGC 288 debe tener entre 5 y 6 mil millones de años más [6] [9] [10] .

Soluciones posibles

Historia del estudio

La relación entre la metalicidad de un cúmulo y la temperatura de las estrellas en una rama horizontal fue descubierta por primera vez en 1960 por Allan Sandage y George Wallerstein ., y en 1966 se creó una justificación teórica para tal relación. Las excepciones a esta relación se descubrieron en 1967, lo que dio origen al problema del segundo parámetro [10] .

En la década de 1970, se demostró teóricamente que el color azulado de la rama horizontal también depende de la edad del cúmulo. En la década de 1990, los astrónomos comenzaron a medirlos en masa, pero descubrieron que la diferencia en las edades de los cúmulos tampoco explica completamente la diferencia en la morfología de las ramas horizontales. Sin embargo, resultó que la edad del racimo es el segundo factor más importante después de la metalicidad [10] .

Estado actual

Existen varias hipótesis diseñadas para resolver el problema del segundo parámetro, pero todas ellas aún no explican completamente las diferencias observadas. Aparentemente, varios parámetros desconocidos, y no uno [10] , son los responsables del azulado de la rama horizontal .

Una posible explicación es el diferente contenido de helio en diferentes grupos. En igualdad de condiciones, una estrella con más helio tendrá una temperatura más alta en la rama horizontal [6] . Además, existe una correlación entre la abundancia de helio y otros parámetros, que también pueden afectar la morfología de la rama horizontal. Se planteó una hipótesis según la cual los parámetros de la rama horizontal se ven afectados por el contenido de carbono , nitrógeno y oxígeno , pero no se confirmó y fue rechazada [10] .

Otra explicación es que en la rama gigante roja, las estrellas en diferentes cúmulos pueden perder en promedio una fracción diferente de la masa, lo que también afecta la temperatura y el color de la estrella en la rama horizontal. Esto puede deberse a las diferentes velocidades de rotación oa la interacción gravitacional de las estrellas entre sí, aunque los mecanismos exactos de pérdida de masa aún no se comprenden bien [10] [6] .

Notas

  1. ↑ Cúmulos estelares . 6.8 Ramas horizontales y asintóticas. Período de transición de las estrellas variables RR Lyrae . Astronet . Consultado el 24 de febrero de 2021. Archivado desde el original el 3 de febrero de 2021.
  2. ↑ Salaris, Cassisi, 2005 , págs. 161-167.
  3. ↑ Astronomía estelar en conferencias . 8.2 Diagramas fotométricos de cúmulos globulares . Astronet . Consultado el 24 de febrero de 2021. Archivado desde el original el 3 de febrero de 2021.
  4. ↑ 1 2 3 Samus N. N. Estrellas variables. Variables de tipo RR Lyrae. Tipos de OKPZ: RRAB, RRC, RR(B). . Legado astronómico . Consultado el 24 de febrero de 2021. Archivado desde el original el 3 de febrero de 2021.
  5. ↑ 1 2 3 Cúmulo globular - Diagramas color-magnitud  . Enciclopedia Britannica . Britannica Inc. Consultado el 24 de febrero de 2021. Archivado desde el original el 2 de enero de 2018.
  6. ↑ 1 2 3 4 5 6 Salaris, Cassisi, 2005 , págs. 280-281.
  7. ↑ Pecci Flavio Fusi, Bellazzini Michelle. Morfología de HB y el efecto del segundo parámetro: estrellas débiles en un gran juego // La tercera conferencia sobre estrellas azules débiles  . - Shenectady: L. David, 1997. - Pág. 255.
  8. ↑ Dotter Aarón. El (los) segundo(s) problema(s  ) de parámetros  // Memorie della Societa Astronomica Italiana. - Roma: Società Astronomica Italiana, 2013. - Vol. 84 . - Pág. 97. - ISSN 0037-8720 . Archivado desde el original el 5 de junio de 2017.
  9. ↑ Catelan M., Bellazzini M., Landsman WB, Ferraro FR, Pecci F. Fusi. ¿Edad como segundo parámetro en NGC 288/NGC 362? II. La rama horizontal revisada  //  The Astronomical Journal . - Bristol: IOP Publishing , 2001. - 1 de diciembre (vol. 122 ( iss. 6 ). - P. 3171. - ISSN 1538-3881 . - doi : 10.1086/324449 .
  10. ↑ 1 2 3 4 5 6 Gratton RG, Carretta E., Bragaglia A., Lucatello S., D'Orazi V. Los parámetros segundo y tercero de la rama horizontal en cúmulos globulares  // Astronomía y astrofísica  . - L .: EDP Ciencias , 2010. - 1 de julio (vol. 517). — P.A81. — ISSN 1432-0746 0004-6361, 1432-0746 . -doi : 10.1051 / 0004-6361/200912572 . Archivado desde el original el 5 de agosto de 2020.

Literatura