Para usar variables de Bash en awk debes pasárselas usando `-v`:

    awk -v columna="$j" '{print $columna}'

Por tanto, la línea:

    cpu_user=$(echo $last_time | gawk '{print $j}')

Sería 

    cpu_user=$(echo $last_time | gawk -v col="$j" {print $col}')

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Dicho lo cual, tu código podría escribirse como:

    #Obtenemos el numero de nucleos de la CPU
    #### Usa directamente `nproc`:  # https://stackoverflow.com/a/17089001/1983854
    NUM_CPU=$(nproc --all)
    
    #Por cada nucleo, mostramos sus estadísticas
    #### Aquí se puede usar un bucle clásico
    for ((i=0; i<$NUM_CPU; i++)); do
    
        #Guardamos la última medida de sar en una variable
        last_time="$(sar -P $i | tail -n 2 | head -n 1)"
    
        #### Entiendo que aquí el 8 debería ser $(($NUM_CPU))
        for j in $(seq 3 1 8); do
    
            #Filtramos el campo correspondiente
            cpu_user=$(echo $last_time | gawk '{print $j}')
    
            #Mostramos el valor en XML
            #### ¿Más limpio un heredoc?
                cat - <<EOF
    <module>
    <name><![CDATA[SAR: CPU$i $cpu_user]]></name>
    <description>Muestra el % de tiempo de usuario de la cpu $i</description>
    <type><![CDATA[generic_data]]></type>
    <![CDATA[15,1]]>
    </module>
    
    EOF
    
        done
    done

He encabezado las sugerencias con `####`. Básicamente, usa `nproc --all` para contar los cores y usa un heredoc en lugar de muchos `echo`s.