Dos cámaras infrarrojas a bordo del Telescopio Espacial James-Webb han capturado imágenes espectaculares de la «Nebulosa del Anillo Sur», también llamada NGC 3132, ubicada a unos 2500 años luz de la Tierra, o 24 mil millones de kilómetros (El metro (símbolo m, del Metron griego, medida) es la unidad base de longitud del Sistema…) (es decir, 24, seguido de 15 ceros). Esta «nebulosa planetaria (en astronomía, una nebulosa planetaria es un objeto astronómico que parece un…)» se forma a partir del gas expulsado: es una estrella al final de su vida.
El final dramático de la vida de esta estrella está alcanzando proporciones cósmicas: la nebulosa tiene aproximadamente 1,4 años luz de diámetro, o 600 veces la distancia que nos separa de la sonda Voyager 1, el objeto más distante de la Tierra jamás enviado por el hombre. Aquí, es fotografiado por los instrumentos del telescopio espacial (Un telescopio espacial es un telescopio colocado más allá de la atmósfera. El…) James-Webb.
NASA
Hasta ahora, se pensaba que solo dos estrellas daban forma a las nubes de gas circundantes. Pero hoy, gracias al telescopio espacial James-Webb, observamos con detalle los residuos de la muerte desordenada de una estrella dentro de un sistema de cuatro o cinco estrellas. Esto nos permite comprender mejor los sistemas formados por varias estrellas (que, en particular, pueden producir ondas gravitatorias durante eventos cataclísmicos), pero también comprender mejor cómo muere este tipo de estrellas, un fenómeno aún poco conocido.
De hecho, mientras que las nebulosas planetarias nos cuentan el final de la historia de más del 90% de las estrellas más masivas que el Sol, son paradójicamente difíciles de observar. Esto se debe a que son pocos en número, debido a su muy corta vida en escalas astronómicas: menos de 10.000 años, frente a los 13.800 millones de años del universo. En resumen, solo habría 1500 de ellos observables en la Vía Láctea, nuestra galaxia.
Pero, ¿quién expulsó esta nube de gas y polvo?
Las imágenes de infrarrojo cercano (izquierda, tomada por el instrumento NIRCAM) e infrarrojo medio (derecha, tomada por MIRI) muestran una primera estrella en el centro de ambas imágenes.
Pero esta estrella más brillante en luz visible o casi infrarroja, en una etapa temprana de su evolución estelar, no es responsable de la nebulosa planetaria (Un planetario designa una unidad mecánica móvil, que representa el sistema solar…): llamémosla la compañero (The Companion (título original: Alvin Journeyman) es una novela de fantasía visual publicada en 1995…). Ubicada demasiado lejos (7,5 días luz) de la estrella en el origen de la nebulosa planetaria, la compañera visual jugó solo un papel secundario en la estructuración de la nube fenomenal de gas y polvo.
La segunda estrella del sistema es ultracaliente (unos 130 000 ℃), solo se puede ver claramente en la imagen de la derecha, justo a la izquierda de la estrella visual. Esta segunda estrella es precisamente la responsable de la nebulosa planetaria, expulsó el gas de sus capas exteriores cuando la fusión de hidrógeno en helio ya no era posible en su núcleo por falta de combustible (Un combustible es un material que, en el presencia de oxígeno y energía, puede ser…) (cuando se ha «vuelto gravitacionalmente inestable»). Después del colapso, este progenitor se convirtió en una «enana blanca (una enana blanca es un objeto celeste gaseoso resultante de la evolución de una estrella de…)». Había sido avistado por el Telescopio Espacial Hubble (El Telescopio Espacial Hubble (en inglés, Hubble Space Telescope o HST) es un telescopio en…), pero las nuevas observaciones (Observación es el acto de seguimiento cuidadoso de los fenómenos, sin la voluntad de ellos…), y en particular gracias al compañero visual, permiten medir con mayor precisión la masa del progenitor antes del colapso: un poco menos de tres veces la masa del Sol.
La Nebulosa del Anillo Sur observada por el Telescopio Espacial Hubble (la imagen está girada en relación con las de James-Webb).
NASA/El equipo del patrimonio del Hubble (STScI/AURA/NASA)
Pero el gran descubrimiento realizado gracias a los nuevos datos del telescopio espacial James-Webb es, de hecho, la presencia de dos o tres estrellas adicionales… ¡que no son directamente visibles en las imágenes! Se dice que están «sin resolver» porque la distancia que separa a cada uno de ellos de la estrella visual, central y muy brillante, es menor que el elemento más fino de resolución, o alrededor de 0,43 días luz, que proporcionan estas imágenes tan detalladas.
Ver una estrella extra… sin verla
¿Cómo sabemos que hay otras compañeras enanas blancas, si no podemos verlas?
Primero está el sistema de arcos concéntricos en el centro de la nebulosa, revelado por las imágenes del JWST. Podemos explicarlo invocando a otra compañera estelar creando patrones en espiral: es la tercera estrella del sistema, invisible, ésta.
Esta estrella invisible habría precipitado la muerte de la segunda estrella y la pérdida de su envoltura exterior por interacción (Una interacción es un intercambio de información, afectos o energía entre dos agentes internos…) una «marea gravitatoria», es decir, la atracción entre las dos estrellas entre sí fue tan fuerte que «se desgarraron».
Una segunda estrella extra
Este no es el final de la historia. Al contrario de lo que se observa en la luz visible o en el infrarrojo cercano, en el infrarrojo medio la estrella central parece más brillante que su compañera visual.
La anatomía de la estrella muerta en el origen de la Nebulosa del Anillo Sur. NASA, modificado por el autor, Suministrado por el autor
Este exceso de luz infrarroja descubierta por las imágenes MIRI indica que hay una cantidad considerable de polvo caliente alrededor de la estrella central.
La tercera estrella no puede ser la única responsable de la formación del disco, está demasiado lejos de la estrella central. Se necesita una interacción con una cuarta estrella, todavía mucho más cerca de la estrella central que de la tercera estrella, para explicar este disco de polvo. Mientras orbita el centro de masa del sistema estelar, esta cuarta estrella levanta polvo y gas y ayuda a crear las estructuras asimétricas que observamos.
¿Una tercera estrella extra?
Entonces tenemos un cuarteto cuyos tres actores principales son la estrella central, su compañero cercano y su otro compañero muy cercano, ambos invisibles, siendo el cuarto ladrón el compañero visual distante. Este escenario con dos estrellas muy cercanas se ve reforzado por la forma alargada de la cavidad interna.
Esto quizás no sea todo, porque las numerosas protuberancias de esta cavidad plantean interrogantes. El modelado de esta cavidad de gas ionizado argumenta la presencia de numerosos chorros intermitentes que no pueden ser producidos por un sistema binario, sino que requerirían un trío de estrellas muy cerca del centro. Estas series de chorros bipolares habrían empujado el material expulsado de la estrella en direcciones específicas que corresponden a los ejes de la eyección compleja. En este caso tendríamos un quinteto. Esta última hipótesis es más incierta, pues depende del emparejamiento de las prominencias observadas.
Así, el antepasado de la nebulosa planetaria del Anillo Sur debía contener al menos un cuarteto, incluso un quinteto de estrellas, orbitando dentro de un espacio muy restringido de unos pocos días luz.
La estructura del gas expulsado: capas y filamentos anidados
Además, las observaciones en el infrarrojo cercano revelan una multitud de pequeños rayos de luz que han logrado encontrar su camino a través de los intersticios del capullo de polvo y gas, que crea este tejido de encaje.
Se utilizan simulaciones numéricas para reconstruir la forma tridimensional de la nebulosa y su evolución: estructuras que parecen dos cuencos divergentes entre sí con un gran agujero en el centro, con capas entrelazadas.
A la izquierda, una imagen de hidrógeno molecular descubierta con los instrumentos del telescopio James-Webb; a la derecha, el modelo físico correspondiente basado en láminas concéntricas.
De Marco y colaboradores, Nature Astronomy 2023, Proporcionado por el autor
Estas capas permiten rastrear la historia de la nebulosa planetaria: cada capa representa un episodio en la vida de la estrella, durante el cual expulsó parte de su masa. Los primeros eyectados se han estado propagando (a unos 15 kilómetros por segundo) durante más tiempo en el medio interestelar y se encuentran en las capas más externas, los más recientes en las capas más internas. Sus velocidades de propagación disminuyen con el tiempo, frenándose en contacto con la materia interestelar.
El material de las diferentes conchas se mezcla con el material del medio interestelar; en algunas áreas, se forman polvo y moléculas. Estos elementos enriquecerán el espacio interestelar y se encontrarán, dentro de cientos de millones de años, en el origen de la formación de nuevas estrellas y nuevos planetas… siempre es interesante recordar que no existiríamos si los elementos que componen estamos hechos no habían sido fabricados en distancias estelares y transportados a nosotros antes de la formación de nuestro sistema solar y planetario – es el famoso «Todos somos polvo de estrellas» de Hubert Reeves.
Las nuevas observaciones revelaron un halo muy extenso, formado por hidrógeno molecular, que tomaba por fuera la forma de miles de finos segmentos azules y verdes intercalados con capas elípticas y, más por dentro, la forma de un anillo floculante, que rodeaba la nube. de hidrógeno atómico ionizado por la estrella. Es la estrella de baja masa, no visible en las imágenes, que orbita la enana blanca a una distancia de 50 veces la distancia Tierra-Sol, la que probablemente sea la responsable de esta compleja estructura.
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