Westerlund 1, roiul stelar în care trăiesc unele dintre cele mai extreme stele din Calea Lactee

După ce am urmărit lumina unei stele care a explodat în urmă cu mii de ani, călătoria noastră cosmică ne poartă acum către un loc în care multe dintre stelele pe care le întâlnim sunt încă relativ tinere, dar trăiesc într-un ritm evolutiv cu totul diferit de cel al Soarelui. Destinația este Westerlund 1, unul dintre cele mai impresionante roiuri stelare din Calea Lactee.

Privit de la distanță, un roi stelar poate părea o simplă aglomerare de puncte luminoase. În realitate, el reprezintă o comunitate de stele născute din același rezervor de gaz și praf, legate între ele prin gravitație și aflate într-o permanentă interacțiune cu mediul înconjurător. Westerlund 1 duce această idee la o scară extremă: este considerat unul dintre cele mai masive roiuri stelare tinere și compacte cunoscute în galaxia noastră.

Roiul se află în constelația Altarul (Ara), la aproximativ 12.000 de ani-lumină de Pământ. A fost descoperit în 1961 de astronomul suedez Bengt Westerlund, însă adevărata sa bogăție a rămas mult timp ascunsă. În direcția sa se interpun nori denși de praf interstelar, care absorb și împrăștie o mare parte din lumina vizibilă. Pentru telescoapele optice, Westerlund 1 este asemenea unui oraș cosmic văzut printr-o perdea groasă de fum.

Aici intervine Telescopul Spațial James Webb. Sensibilitatea sa la radiația infraroșie îi permite să observe stele și structuri care rămân greu accesibile în lumină vizibilă. În octombrie 2024, ESA, NASA și CSA au publicat o imagine amplă a roiului, realizată cu instrumentul NIRCam, în cadrul programului de observații EWOCS – Extended Westerlund 1 and 2 Open Clusters Survey. Imaginea nu este doar un portret spectaculos al unui roi stelar, ci și o fereastră către unul dintre cele mai intense medii de evoluție stelară din vecinătatea noastră galactică.

Un roi în care stelele trăiesc la scară extremă

În Westerlund 1, stelele nu sunt distribuite uniform. Ele se înghesuie într-o regiune compactă, cu o masă totală estimată la aproximativ 50.000–100.000 de mase solare. Într-un volum cosmic relativ mic se găsesc sute de stele foarte masive, unele având luminozități de sute de mii sau chiar aproape un milion de ori mai mari decât cea a Soarelui.

Pentru a înțelege cât de neobișnuit este acest loc, trebuie să ne amintim că soarele nostru este o stea obișnuită, de secvență principală (într-o stare stabilă a vieții sale), care va continua să fuzioneze hidrogen în nucleu timp de miliarde de ani. Stelele masive din Westerlund 1 au însă un „metabolism” nuclear mult mai rapid. Consumă combustibilul într-un ritm accelerat, emit cantități uriașe de energie și își schimbă înfățișarea într-un interval de timp foarte scurt la scara cosmică.

Printre locuitorii roiului se află stele de tip Wolf-Rayet, supergigante roșii, supergigante albastre, hipergigante galbene și variabile albastre luminoase. Fiecare categorie reprezintă o etapă sau o manifestare diferită a evoluției stelelor masive. Unele dintre aceste obiecte pierd cantități enorme de materie prin vânturi stelare, în timp ce altele au ajuns deja în faze evolutive apropiate de finalul vieții.

Unul dintre cele mai cunoscute exemple este Westerlund 1-26, o supergigantă roșie sau hipergigantă, în funcție de clasificarea adoptată. Raza sa a fost estimată la peste 1.500 de ori raza Soarelui. Dacă ar fi plasată în centrul Sistemului Solar, învelișul său ar depăși orbita lui Jupiter. Este o comparație care transformă dimensiunile stelare, altfel greu de imaginat, într-o scară familiară.

Însă ceea ce face Westerlund 1 cu adevărat remarcabil nu este doar existența unor stele individuale gigantice. Este diversitatea lor, concentrată într-un singur loc. Roiul oferă astronomilor posibilitatea de a studia mai multe tipuri de stele masive în același mediu, comparându-le proprietățile și evoluția.

James Webb ridică vălul de praf

Imaginea realizată de James Webb în 2024 ne arată un câmp stelar dens, în care numeroase stele strălucitoare sunt înconjurate de nori difuzi de gaz și praf. Unele apar albe sau albăstrui, altele au nuanțe aurii ori roșiatice, iar în jurul roiului se disting regiuni cu aspect de filamente și pâlcuri luminoase.

Culorile imaginii sunt reprezentări atribuite diferitelor filtre infraroșii, nu culori pe care ochiul uman le-ar vedea direct. Instrumentul NIRCam a observat roiul la mai multe lungimi de undă, de la aproximativ 1,15 până la 4,66 micrometri, incluzând filtre care surprind emisia unor elemente și molecule precum fierul ionizat, hidrogenul molecular și monoxidul de carbon.

Această acoperire spectrală permite separarea unor componente care, într-o fotografie obișnuită, s-ar suprapune. Astronomii pot cerceta astfel atât populația de stele, cât și materialul din jurul lor, inclusiv gazul influențat de radiația intensă și de vânturile stelare.

Programul EWOCS urmărește să studieze în detaliu roiurile Westerlund 1 și Westerlund 2, două dintre cele mai apropiate roiuri stelare supermasive de Pământ. Unul dintre obiective este identificarea populației de stele cu masă mică, greu de observat în aceste regiuni foarte aglomerate și puternic afectate de extincția interstelară. Observațiile Webb pot ajuta și la investigarea modului în care radiația, vânturile stelare și exploziile supernovelor modifică mediul în care se formează stelele și, eventual, sistemele planetare.

O vârstă tânără, dar cu o istorie complicată

La prima vedere, vârsta lui Westerlund 1 pare simplu de stabilit: stelele dintr-un roi s-au format aproximativ în aceeași perioadă, iar astronomii pot compara proprietățile lor cu modele de evoluție stelară. În practică, însă, roiul este mai complicat decât părea inițial.

Estimările publicate diferă în funcție de populația de stele analizată și de modelele folosite. ESA prezintă o vârstă de aproximativ 3,5–5 milioane de ani, în timp ce un studiu bazat pe date de la Telescopul Gaia și pe analiza supergigantelor roșii a obținut o valoare de aproximativ 10,7 milioane de ani, cu o incertitudine de circa un milion de ani. Cercetătorii au discutat și posibilitatea ca formarea stelelor să nu fi avut loc într-un singur episod, ci să se fi desfășurat pe parcursul mai multor milioane de ani.

Această diferență nu este doar o problemă de calendar cosmic. Vârsta unui roi determină modul în care interpretăm masa inițială a stelelor, durata fazelor evolutive și numărul de supernove care ar fi putut avea loc deja. Într-un roi atât de bogat în stele masive, chiar și o diferență de câteva milioane de ani poate schimba imaginea pe care o construim despre istoria sa.

De aceea, Westerlund 1 este mai mult decât un catalog de stele rare. Este un laborator natural în care teoriile despre nașterea și evoluția stelelor masive pot fi confruntate cu observațiile unui sistem real, suficient de apropiat pentru ca astronomii să-i poată studia individual numeroși membri.

Un viitor presărat cu supernove

Într-un roi atât de bogat în stele masive, moartea stelară nu este un eveniment izolat, ci o parte inevitabilă a evoluției colective. Stelele foarte masive își consumă rapid combustibilul nuclear, iar unele dintre ele vor sfârși prin explozii de supernovă, lăsând în urmă stele neutronice sau găuri negre.

Astronomii estimează că Westerlund 1 ar putea fi scena a peste 1.500 de explozii de supernovă într-un interval de mai puțin de 40 de milioane de ani. Aceste evenimente vor îmbogăți mediul interstelar cu elemente chimice sintetizate în interiorul stelelor și vor injecta energie în gazul din jur. În timp, undele de șoc și vânturile stelare vor contribui la transformarea norilor de gaz și la redistribuirea materiei în regiunea galaxiei în care se află roiul.

Westerlund 1 găzduiește deja un magnetar, un tip rar de stea neutronică, caracterizat printr-un câmp magnetic extrem de puternic. Prezența sa oferă o legătură directă între populația actuală de stele masive și rămășițele compacte pe care acestea le pot lăsa în urmă. Într-un asemenea mediu, astronomii pot studia nu doar cum trăiesc stelele, ci și ce rămâne după dispariția lor.

Există și o consecință mai amplă. Roiurile stelare masive sunt considerate importante pentru înțelegerea istoriei galaxiilor, deoarece o mare parte din formarea stelelor în Universul timpuriu s-ar fi desfășurat în medii dense, asemănătoare, la o scară mai mare, cu Westerlund 1. Studiindu-l, cercetătorii pot investiga procese care au contribuit la evoluția chimică și dinamică a galaxiilor de-a lungul miliardelor de ani.

Fișa de călătorie cosmică