Los cúmulos estelares nucleares son sistemas estelares densos y compactos, con tamaños de apenas unos pocos pársecs, situados en el centro de muchas galaxias. Se cree que su formación está estrechamente relacionada con la historia de ensamblaje de sus galaxias anfitrionas, y los astrónomos consideran que contienen pistas fundamentales sobre cómo las galaxias se formaron y evolucionaron a lo largo de la historia del Universo. Estudios recientes sugieren que pueden existir diferentes mecanismos de formación de estos cúmulos en galaxias de tipo temprano y tardío, aunque los procesos dominantes y su dependencia de la morfología galáctica siguen sin estar claros.
Mientras que la mayoría de los estudios observacionales se han centrado en galaxias de tipo temprano, en este trabajo investigamos el cúmulo estelar nuclear de M74 (NGC 628), una galaxia espiral masiva, rica en gas y con formación estelar activa, observada en el marco del proyecto Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS (PHANGS). Para ello se utilizaron observaciones obtenidas con el espectrógrafo de campo integral Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), instalado en el Very Large Telescope (VLT) de Paranal (Chile). En estas observaciones, el cúmulo estelar nuclear, de apenas unos pocos pársecs de tamaño, no puede resolverse espacialmente y su luz aparece distribuida sobre una región mayor debido al efecto de la “Point Spread Function” (PSF). Además, dentro de una apertura del tamaño de la PSF, la luz del cúmulo se mezcla con la de la galaxia anfitriona, procedente de otros componentes superpuestos a lo largo de la línea de visión.
Para separar ambas contribuciones, se empleó una técnica especial basada en una descomposición espectrofotométrica bidimensional del cubo de datos de MUSE, utilizando una versión modificada del código C2D (Méndez-Abreu et al. 2019), adaptada específicamente para el estudio de cúmulos estelares nucleares. Este método permitió obtener cubos de datos independientes para el cúmulo estelar nuclear y para la galaxia anfitriona, posibilitando tanto su comparación dentro de una apertura PSF como un análisis espacialmente resuelto de la galaxia.
El análisis de poblaciones estelares revela que el cúmulo estelar nuclear es muy antiguo y pobre en metales, en marcado contraste con las regiones circundantes, que presentan edades mucho más jóvenes y mayores abundancias químicas. Aunque propiedades similares se han encontrado en cúmulos estelares nucleares alojados en galaxias con masas y morfologías diferentes a las de M74, este resultado es relativamente inesperado en una galaxia espiral masiva con formación estelar activa. Las poblaciones estelares espacialmente resueltas de la galaxia anfitriona muestran edades significativamente más jóvenes y metalicidades más altas, especialmente en la región central (∼500 pc) que rodea al cúmulo.
Estos resultados sugieren que el cúmulo estelar nuclear se formó en etapas muy tempranas de la evolución de la galaxia, evolucionó pasivamente hasta la actualidad y apenas experimentó crecimiento posterior, a pesar de que su galaxia anfitriona continuó evolucionando. La ausencia de poblaciones estelares jóvenes en el cúmulo indica que muy poco gas alcanzó la región central de unos pocos pársecs durante los últimos ocho mil millones de años. Esto convierte al cúmulo estelar nuclear de M74 en un valioso registro fósil de las primeras etapas de formación de la galaxia y demuestra cómo estos cúmulos pueden preservar información sobre la historia evolutiva de sus galaxias anfitrionas.
