Publicado: 
08 de diciembre de 2022

Webb indica que varias estrellas “revolvieron” la nebulosa del Anillo del Sur

El telescopio espacial James Webb de la NASA ofrece vistas dramáticamente diferentes de la nebulosa del Anillo del Sur. Cada imagen combina luz del infrarrojo cercano y medio a partir de tres filtros. A la izquierda, la imagen de Webb de la nebulosa del Anillo de Sur destaca el gas muy caliente que rodea a las dos estrellas centrales. A la derecha, la imagen de Webb sigue el trazo de los flujos moleculares dispersos de la estrella que se han adentrado más lejos en el cosmos.

El telescopio espacial James Webb de la NASA ofrece vistas dramáticamente diferentes de la nebulosa del Anillo del Sur. Cada imagen combina luz del infrarrojo cercano y medio a partir de tres filtros. A la izquierda, la imagen de Webb de la nebulosa del Anillo de Sur destaca el gas muy caliente que rodea a las dos estrellas centrales. A la derecha, la imagen de Webb sigue el trazo de los flujos moleculares dispersos de la estrella que se han adentrado más lejos en el cosmos. En la imagen de la izquierda, se asignaron el azul y el verde a los datos del infrarrojo cercano de Webb tomados en 1,87 y 4,05 micras (F187N y F405N), y se asignó el rojo a los datos del infrarrojo medio de Webb tomados en 18 micras (F1800W). En la imagen de la derecha, se asignaron el azul y el verde a los datos del infrarrojo cercano de Webb tomados en 2,12 y 4,7 micras (F212N y F470N), y se asignó el rojo a los datos del infrarrojo medio de Webb tomados en 7,7 micras (F770W).
Créditos: NASA, ESA, CSA y O. De Marco (Universidad de Macquarie). Procesamiento de imágenes: J. DePasquale (STScI)
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Algunos de los datos iniciales del telescopio espacial James Webb de la NASA han demostrado que al menos otras dos, y posiblemente tres, estrellas invisibles habrían creado las formas alargadas y curvilíneas de la nebulosa del Anillo del Sur. Además, por primera vez, al comparar las imágenes infrarrojas de Webb con los datos existentes del observatorio Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés), los investigadores pudieron determinar con precisión la masa de la estrella central antes de que esta creara la nebulosa. Un equipo de casi 70 investigadores dirigidos por Orsola De Marco, de la Universidad Macquarie en Sydney, Australia, analizó 10 exposiciones muy detalladas de la estrella moribunda realizadas con el telescopio Webb para producir estos resultados.

Sus cálculos muestran que la estrella central tenía casi tres veces la masa del Sol antes de expulsar sus capas de gas y polvo. Después de esas eyecciones, ahora mide alrededor del 60 por ciento de la masa del Sol. Conocer la masa inicial es una evidencia crucial que ayudó al equipo a reconstruir la escena y proyectar cómo se pudieron haber creado las formas de esta nebulosa.

Comencemos con la celebridad más destacada de esta “fiesta” tan particular: la estrella que se desprendió de sus capas de gas y polvo a lo largo de miles de años. Aparece de color rojo en la imagen de la izquierda porque tiene un disco de polvo en órbita a su alrededor, de un tamaño parecido al cinturón de Kuiper en nuestro sistema solar. Si bien algunas estrellas expulsan sus capas apareciendo “en escena” en solitario, los investigadores proponen que algunas estrellas compañeras tuvieron asiento en primera fila, y al menos una de ellas pudo haberse unido a la estrella central antes de que esta comenzara a crear la nebulosa del Anillo del Sur. “Con Webb, es como si nos hubieran dado un microscopio para examinar el universo”, dijo De Marco. “Sus imágenes contienen muchos detalles. Abordamos nuestro análisis para reconstruir la escena de modo muy parecido al de los científicos forenses”.

Es común que pequeños grupos de estrellas, con un amplio rango de masas, se formen juntas y continúen orbitándose a medida que envejecen. El equipo de investigadores empleó este principio para retroceder miles de años en el tiempo y determinar lo que podría explicar las formas de estas coloridas nubes de gas y polvo.

En primer lugar, se enfocaron en la estrella envejecida que se deshizo de sus capas y todavía está rodeada por un “manto” polvoriento de color rojo. Una investigación exhaustiva sobre este tipo de estrellas envejecidas muestra que capas de polvo como estas deberían tomar la forma de discos polvorientos que orbitan la estrella. Un rápido análisis de los datos reveló el disco. “Esta estrella es ahora más pequeña y caliente, pero está rodeada de polvo frío”, dijo Joel Kastner, otro miembro del equipo, del Instituto de Tecnología de Rochester en Nueva York. “Creemos que todo ese gas y polvo que vemos arrojados por todas partes deben haber provenido de esa estrella, pero fueron arrojados en direcciones muy específicas por las estrellas compañeras”.

Podemos examinar las líneas rectas y brillantes que atraviesan los anillos de gas y polvo alrededor de los bordes de la nebulosa del Anillo del Sur en la imagen del telescopio espacial James Webb. Estos “rayos” parecen emanar de una o ambas estrellas centrales, marcando los lugares donde la luz fluye a través de los agujeros en la nebulosa.

Podemos examinar las líneas rectas y brillantes que atraviesan los anillos de gas y polvo alrededor de los bordes de la nebulosa del Anillo del Sur en la imagen del telescopio espacial James Webb. Estos “rayos” parecen emanar de una o ambas estrellas centrales, marcando los lugares donde la luz fluye a través de los agujeros en la nebulosa. Las proyecciones de un equipo de investigadores muestran que las líneas rectas pueden haberse disparado cientos de años antes y a mayor velocidad que las que parecen más gruesas y curvas. Es posible que el segundo conjunto sea una mezcla de material que se ralentizó, creando formas menos lineales. En esta imagen, se asignaron el azul y el verde a los datos del infrarrojo cercano de Webb tomados en 2,12 y 4,7 micras (F212N y F470N), y se asignó el rojo a los datos del infrarrojo medio de Webb tomados en 7,7 micras (F770W).
Créditos: NASA, ESA, CSA y O. De Marco (Universidad de Macquarie). Procesamiento de imágenes: J. DePasquale (STScI)
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Antes de que la estrella moribunda se desprendiera de sus capas, los investigadores proponen que interactuó con una o incluso dos estrellas compañeras más pequeñas. Durante este “baile íntimo”, las estrellas que interactuaron con ella pudieron haber lanzado chorros en dos direcciones opuestas, que aparecieron más tarde como las proyecciones bastante parejas que ahora se observan en los bordes de la nebulosa. “Esto es mucho más hipotético, pero si dos compañeras hubieran interactuado con la estrella moribunda, habrían lanzado chorros que derribarían esas capas y que podrían explicar estas protuberancias opuestas”, explicó De Marco. El manto de polvo alrededor de la estrella moribunda apunta a estas interacciones.

¿Dónde están esas compañeras ahora? Son lo suficientemente tenues como para estar ocultas, camufladas por las brillantes luces de las dos estrellas centrales, o se han fusionado con la estrella moribunda.

Las formas complejas de la nebulosa del Anillo del Sur son otra evidencia de que existen otras compañeras invisibles: sus eyecciones son más escasas en algunas zonas y más densas en otras. Una tercera estrella en estrecha interacción pudo haber agitado los chorros, distorsionando las eyecciones equilibradas uniformemente como una pintura en espiral. Además, una cuarta estrella con una órbita ligeramente más amplia también podría haber “batido” el gas y el polvo de las eyecciones, como una espátula que esparce una mezcla en la misma dirección siempre, generando el enorme conjunto de anillos en los confines exteriores de la nebulosa.

¿Cómo fue que hasta cinco estrellas crearon la nebulosa del Anillo del Sur? El primer panel muestra un campo más amplio con las estrellas 1, 2 y 5, la última de las cuales orbita la estrella 1 mucho más estrechamente que la estrella 2. El segundo panel se acerca mucho a la escena, y otras dos estrellas (3 y 4) aparecen a la vista; la estrella 3 emite chorros. El tercer panel muestra la estrella 1 expandiéndose a medida que envejece. Las estrellas 3 y 4 han expulsado una serie de chorros.

¿Cómo fue que hasta cinco estrellas crearon la nebulosa del Anillo del Sur? El primer cuadro muestra un campo más amplio con las estrellas 1, 2 y 5, la última de las cuales orbita la estrella 1 mucho más estrechamente que la estrella 2. El segundo cuadro se acerca mucho a la escena, y otras dos estrellas (3 y 4) aparecen a la vista; la estrella 3 emite chorros. El tercer cuadro muestra la estrella 1 expandiéndose a medida que envejece. Las estrellas 3 y 4 han expulsado una serie de chorros. En el cuarto cuadro nos alejamos para ver cómo la luz y los vientos estelares están esculpiendo una cavidad parecida a una burbuja. La estrella 1 está rodeada por un disco de polvo. En el quinto cuadro, la estrella 5 está interactuando con el gas y el polvo que han sido expulsados, generando el sistema de grandes anillos que se observan en la nebulosa exterior. El sexto panel muestra la escena tal como la observamos actualmente.
Créditos: NASA, ESA, CSA, E. Wheatley (STScI)
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¿Y qué sucede con la estrella muy brillante de color blanco azulado en las imágenes de Webb? Podemos pensar en esta quinta estrella como el invitado más responsable de la fiesta, que continúa orbitando la estrella moribunda de manera lenta, predecible y tranquila.

Las dos imágenes que se muestran aquí combinan datos del infrarrojo cercano y el infrarrojo medio para aislar diferentes componentes de la nebulosa. La imagen de la izquierda destaca el gas muy caliente que rodea las estrellas centrales. La imagen de la derecha sigue el trazo de los flujos moleculares dispersos de la estrella que se han adentrado más lejos en el cosmos.

El artículo científico del equipo de investigadores, titulado “La desordenada muerte de un sistema estelar múltiple y la nebulosa planetaria resultante observadas por JWST”, será publicado en Nature Astronomy el 8 de diciembre.

El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo. Webb resolverá los misterios de nuestro sistema solar, verá más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y los orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios: la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA).

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