El James Webb contribuye a resolver una misteriosa muerte estelar

Las imágenes obtenidas por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) han contribuido a conocer los detalles de la formación de la Nebulosa del Anillo Sur (NGC 3132) como si fuera la escena de un crimen. 

En un artículo publicado este jueves en la revista Nature Astronomy,  y a partir del análisis exhaustivo de las imágenes del JWST, un equipo internacional de investigadores ha descubierto que en la muerte de la estrella principal que dio lugar a la nebulosa había al menos tres estrellas más implicadas y quizá más de un “cómplice”. 

“Los datos nos ofrecen indicios de la implicación de hasta tres estrellas más en las inmediaciones de la enana blanca que habrían ayudado a su muerte, que habrían contribuido a moldear la nebulosa que vemos”, explica el astrónomo español Miguel Santander, especialista en nebulosas planetarias del Real Observatorio y coautor del estudio.

“Con Webb es como si estuviéramos manejando un microscopio para observar el universo”

Al modelar varias características observadas de las estrellas centrales y la nebulosa, el equipo liderado por Orsola De Marco observó que las dos estrellas que se veían en las primeras imágenes del telescopio no podían haber formado la nebulosa por sí mismas. Pero al analizar los detalles apareció una trama verdaderamente intrigante. “Con Webb es como si estuviéramos manejando un microscopio para observar el universo”, asegura la investigadora. “Hay muchísimos detalles en estas imágenes. Nos hemos aproximado a nuestro análisis como científicos forenses que reconstruyen una escena”.

Un soplo en el vacío

Las nebulosas planetarias se encuentran entre los objetos más bellos y desconcertantes del universo. Desconcertantes porque, a pesar de su nombre, estas mariposas de luz y color en la oscuridad del universo no tienen nada que ver con los planetas. Se trata de una imagen en diferido de una de las formas más frecuentes de la muerte de las estrellas, el manchurrón que dejan aquellos astros que tienen menos de 8 masas solares, punto a partir del cual se convertirían en supernovas. 

En lugar de explotar en un espectáculo de pirotecnia, estas estrellas más pequeñas inician un proceso que comienza con la fase de gigante roja (como le pasará a nuestro Sol) y les lleva a expulsar su propia corteza hacia el exterior, dejando ese halo colorido que vemos a su alrededor, una filigrana empujada por vientos invisibles, como si alguien hubiera soplado un diente de león estelar en el vacío del cosmos. 

Al final de todo, en el centro de esta breve fulguración (pues apenas duran veinte mil años, un suspiro en términos astronómicos) queda un núcleo caliente y muerto que son los restos de la estrella original y a la que se conoce como “enana blanca”: la perlita de materia que queda cuando el caramelo de la estrella original se ha gastado. 

“Se ha escrito un crimen” estelar

Descubierta en 1835 por John Herschel, la Nebulosa del Anillo Sur es uno de los objetos de este tipo más estudiados. Su interés es tal, que estuvo entre los cinco primeros objetos observados por el James Webb en cuanto empezó sus operaciones. 

La imagen de la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y las del instrumento de infrarrojo medio (MIRI) mostraron con mayor claridad los dos puntos brillantes en el centro de la nebulosa, situada a unos 2.500 años luz de distancia. Se sabía que la estrella más anaranjada y menos brillante era la estrella originaria en su fase de enana blanca y que la segunda se encontraba en una etapa anterior de su evolución estelar, pero se desconocían los detalles del proceso.

En la muerte de esta estrella había al menos tres estrellas más implicadas y quizá más de un “cómplice”

Cuando los autores analizaron el centro mismo de la nebulosa, encontraron evidencia de al menos dos estrellas escondidas dentro de un disco de polvo, la enana blanca y otra estrella previamente desconocida, que principalmente habrían dado forma a la nebulosa. 

Durante este "baile" íntimo, las estrellas que interactúan pudieron lanzar dos chorros en direcciones opuestas, que luego aparecieron como proyecciones aproximadamente emparejadas que ahora se observan en los bordes de la nebulosa. "Esto es mucho más hipotético, pero si dos compañeros estuvieran interactuando con la estrella moribunda, lanzarían chorros que escarbarían y podrían explicar estos abultamientos opuestos", explica De Marco. La capa de polvo alrededor de la estrella moribunda apunta a estas interacciones.

¿Dónde están esos compañeros ahora? Según los investigadores, son lo suficientemente tenues como para ocultarse, camuflados por las luces brillantes de las dos estrellas centrales, o se han fusionado con la estrella moribunda.

Otros compañeros invisibles

Las formas complejas de la Nebulosa del Anillo Sur son una evidencia más de la existencia de compañeros invisibles adicionales: sus eyecciones son más delgadas en algunas áreas y más gruesas en otras. Una tercera estrella en estrecha interacción puede haber agitado los chorros, sesgando las eyecciones uniformemente equilibradas. Además, una cuarta estrella con una órbita un poco más ancha también podría haber "revuelto" la espiral de eyecciones, como una espátula que atraviesa la masa en la misma dirección cada vez, generando el enorme conjunto de anillos en los confines exteriores de la nebulosa.

“La estrella que más brilla en realidad pasaba por allí, está demasiado lejos”

¿Qué pasa con la estrella blanca azulada muy brillante en las imágenes del James Webb? “La que más brilla en realidad pasaba por allí, está demasiado lejos”, asegura Miguel Santander a Vozpópuli. A su juicio, si fuera la escena de un crimen, la quinta estrella sería un mero testigo que continúa orbitando la estrella moribunda de manera lenta, predecible y tranquila.

“Es como en asesinato en el Orient Express”, resume, “Cada estrella lleva a cabo su pequeña contribución. Una moduló el viento de la estrella central cuando era gigante roja formando espirales, otra donó material para formar un disco en rotación, y la tercera (que podría ser una de las otras dos) provocó un caos orbital en los chorros polares que terminó de soplar el material y formar una nebulosa tan intrincada”.

Los autores creen que este descubrimiento sobre la formación de la Nebulosa del Anillo Sur y la aparición de más estrellas implicadas puede contribuir a mejorar nuestra comprensión general de los procesos astrofísicos que conducen a la formación de nebulosas planetarias. Hasta ahora se creía que la mayoría de nebulosas planetarias eran muertes solitarias, con a lo sumo un invitado, pero este hallazgo abre la perspectiva a considerar la existencia de procesos más complejos y más estrellas implicadas.

"Si el Telescopio Espacial Hubble nos reveló que las nebulosas planetarias son aún más complejas de lo que creíamos hasta su lanzamiento", concluye Santander, "el James Webb y este "asesinato" estelar múltiple han venido a confirmarnos que el universo no deja de depararnos sorpresas que ponen a prueba nuestra capacidad de asombro".

Referencia: The messy death of a multiple star system and the resulting planetary nebula as observed by JWST (Nature Astronomy) DOI 10.1038/s41550-022-01845-2