En julio de 2022, el Telescopio Espacial James Webb (TEJW) difundió sus primeras imágenes del Universo. Uno de los cinco objetos celestes captados inicialmente por los instrumentos de observación del James Webb fue la nebulosa planetaria conocida como Anillo Austral, que figura en los catálogos astronómicos con la denominación NGC 3132. Se trata de una nube de gas y polvo brillante y de formato ovalado que alberga un sistema binario compuesto por dos estrellas: una enana blanca antigua y moribunda y su compañera más joven y luminosa. Un estudio publicado a principios de diciembre en la revista científica Nature Astronomy, iniciado inmediatamente después de que se divulgaron las imágenes tomadas por el James Webb, propone que el origen de la compleja nebulosa planetaria no es consecuencia solamente de la interacción de dos estrellas, sino de al menos cuatro.
“La forma y las características de la nebulosa no pueden explicarse como el resultado de la influencia de tan solo dos estrellas”, dice la astrofísica Isabel Aleman, de la Universidad Federal de Itajubá (Unifei), del estado brasileño de Minas Gerais, una de las autoras del artículo, elaborado por un equipo internacional integrado por casi 70 científicos. “En cuanto vimos las imágenes del telescopio espacial, que contiene muchos detalles de la nebulosa que nunca se habían observado, decidimos armar un grupo con expertos de diferentes áreas para estudiarla”. Los astrofísicos emitieron una convocatoria informal, abierta a todos los colegas interesados, en grupos de debate en las redes sociales, y así conformaron rápidamente un equipo virtual para dedicarse a su estudio. Nadie tenía planificado este trabajo con NGC 3132, pero las imágenes del James Webb volvieron al momento propicio para realizar esta tarea.
En el artículo, los autores comparan las imágenes del declive de la estrella central del sistema, la enana blanca, con los registros de la escena de un homicidio. Cada fotografía puede aportar una pista de los participantes en el crimen. En el caso de la nebulosa, los registros del James Webb funcionan como pistas al respecto de cuántas y qué tipo de estrellas se hallaban en la vecindad de la enana blanca cuando esta empezó a perder sus capas externas, la materia prima utilizada en la formación del anillo y el halo de NGC 3132.
A principios del siglo XIX, a este tipo de objeto celeste se lo confundía con planetas gaseosos. Esta percepción no resistió el avance del conocimiento científico, pero la denominación de nebulosa planetaria, aunque errónea, se mantuvo en uso. Estas formaciones luminosas constituyen la etapa final de la vida de estrellas que originalmente tenían entre 1 y 8 masas solares. El propio Sol podría generar este tipo de objeto celeste cuando llegue a su etapa final. En la nebulosa del Anillo Austral, situada a unos 2.000 años luz de la Tierra, la estrella principal tenía 2,8 masas solares cuando se formó, hace alrededor de 500 millones de años (el Sol surgió hace 4.500 millones de años).
Hace unos 2.500 años, esa estrella eyectó la mayor parte de sus capas externas, formadas por gases, y se redujo a un núcleo más pequeño y denso, de aproximadamente una quinta parte de su tamaño original. Se convirtió en una enana blanca, la clasificación que han adoptado los astrónomos para definir a este tipo de estrellas moribundas. El característico anillo brillante de las nebulosas planetarias está formado por el material que ha perdido la enana blanca.
Hubble Heritage Team (STScI/AURA/NASA/ESA)Imagen de la misma nebulosa captada en 1998 por el Hubble, con mucho menos detalles que en el registro del WebbHubble Heritage Team (STScI/AURA/NASA/ESA)
Hoy en día, es sabido que las nebulosas planetarias generalmente se forman en los sistemas en los que una enana blanca presenta una o más estrellas compañeras. La presencia de otros cuerpos celestes cerca de la estrella central afecta la forma y otras características del anillo brillante de la nebulosa. “En el pasado, cuando los instrumentos de observación eran más simples, las imágenes mostraban a las nebulosas planetarias como anillos que aparentaban ser perfectamente redondos y simples”, comenta el astrofísico Hektor Monteiro, también de la Unifei, otro de los autores del trabajo, experto en el estudio de estos objetos celestes. “Ahora, gracias a los telescopios espaciales como el James Webb, podemos observar los pormenores de estas estructuras que se revelan como algo mucho más complejo”.
El telescopio James Webb, lanzado al espacio en diciembre de 2021, capta registros en distintas longitudes de onda del infrarrojo cercano y medio, invisibles al ojo humano, pero que son emitidos por todo tipo de materia, con la excepción de la misteriosa materia oscura. El artículo no divulga imágenes de estas estrellas extra que forman o formaron parte de la nebulosa del Anillo Austral, pero enumera las evidencias indirectas que derivarían de la presencia, actual o pasada, de estos cuerpos celestes.
“El espejo más grande del James Webb recoge más luz y puede divisar estructuras más débiles”, comenta, en una entrevista por correo electrónico con Pesquisa FAPESP, la astrofísica Orsola De Marco, de la Universidad Macquarie, en Australia, primera autora del artículo. “En las longitudes de onda del infrarrojo medio, es posible estudiar las partes más frías de los objetos celestes”. El espejo principal del James Webb tiene 6,5 metros de diámetro. Es casi tres veces mayor que el del telescopio Hubble, del que es una especie de sucesor, y capta seis veces más luz. Sin embargo, los dos telescopios operan en frecuencias diferentes del espectro electromagnético. El Hubble registra esencialmente las frecuencias de la luz visible.
NASA, ESA, CSA, STScI, Orsola De Marco (Universidade Macquarie)Imágenes tomadas por el telescopio James Webb revelan estructuras blanquecinas, formadas por “rayos” de material eyectado, en los bordes de la nebulosaNASA, ESA, CSA, STScI, Orsola De Marco (Universidade Macquarie)
En el estudio también se utilizaron datos de otros instrumentos de observación celeste, entre ellos, el Very Large Telescope del Observatorio Europeo del Sur (Eso), en Chile, el Observatorio de San Pedro Mártir en México, y los telescopios espaciales Gaia y Hubble. El telescopio Soar de Chile, del que la FAPESP es socia, fue otro de los proveedores de información para el trabajo. “La función principal de los datos del Soar fue permitir la determinación de la estructura tridimensional de la nebulosa en su conjunto”, explica la astrofísica Claudia Mendes de Oliveira, de la Universidad de São Paulo (USP), quien también firma el artículo sobre la nebulosa planetaria. “Esto hizo posible determinar la verdadera distribución de masas de la nebulosa y nos permitió comprender mejor su composición química”. El astrofísico Bruno Quint, quien realizaba su doctorado en la USP, es otro de los coautores brasileños del trabajo, al igual que Denise Gonçalves, de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ).
Una de las pistas de que más de dos estrellas participaron en la formación de la nebulosa es el registro de un exceso de emisión de radiación en el infrarrojo medio alrededor de la estrella compañera. “Estos datos implican la existencia de un disco de polvo alrededor de esta estrella”, comenta Monteiro. “La mejor explicación para este disco es la presencia de una tercera estrella en el centro de la nebulosa, que habría interactuado con la compañera y liberado material para formar esta estructura”.
Las imágenes del James Webb muestran con riqueza de detalles un halo compuesto principalmente por gas hidrógeno molecular (H2) alrededor del anillo central de la nebulosa dotado de estructuras en forma de espiral. Los autores del estudio interpretan esta faceta como el resultado de la existencia de otra estrella oculta, la cuarta del sistema, en el centro de la nebulosa. Los astrofísicos tampoco descartan la presencia de una quinta estrella más alejada del centro de NGC 3132. “Sin embargo, las pruebas de la existencia de esta quinta estrella en la nebulosa aún no son sólidas”, comenta Aleman.
Proyectos
1. Exploración de los datos de SAM-FP y T80-Sul (nº 19/11910-4); Modalidad Ayuda de Investigación – Regular; Investigadora responsable Claudia Lucia Mendes de Oliveira (USP); InversiónR$ 204.658,25.
2. Ciencia con el telescopio robótico brasileño (nº 19/26492-3); Modalidad Proyecto Temático; Investigadora responsable Claudia Lucia Mendes de Oliveira (USP); Inversión R$ 3.779.503,69.
Artículo científico
DE MARCO, O. et al. The messy death of a multiple star system and the resulting planetary nebula as observed by JWST. Nature Astronomy. online. 8 dic. 2022.
