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Dúo estelar forma ‘huella dactilar’ en el espacio

Cada ocho años, las dos estrellas Wolf-Rayet 140 producen capas de polvo que parecen anillos, como se ve en esta imagen del telescopio espacial James Webb de la NASA. Cada anillo se creó cuando las estrellas se acercaron y sus vientos estelares colisionaron, comprimiendo el gas y formando polvo. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, JPL-Caltech
Cada ocho años, las dos estrellas Wolf-Rayet 140 producen capas de polvo que parecen anillos, como se ve en esta imagen del telescopio espacial James Webb de la NASA. Cada anillo se creó cuando las estrellas se acercaron y sus vientos estelares colisionaron, comprimiendo el gas y formando polvo. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, JPL-Caltech

Una nueva imagen del telescopio espacial James Webb de la NASA revela una extraordinaria visión cósmica: al menos 17 anillos concéntricos de polvo que emanan de un par de estrellas. Ubicado a poco más de 5.000 años luz de la Tierra, este dúo es conocido colectivamente como Wolf-Rayet 140.

Cada anillo fue creado cuando las dos estrellas se acercaron y sus vientos estelares (corrientes de gas que soplan en el espacio) chocaron, comprimiendo el gas y formando polvo. Las órbitas de las estrellas las reúnen aproximadamente una vez cada ocho años. Como los anillos del tronco de un árbol, estos círculos de polvo marcan el paso del tiempo.

“Estamos viendo más de un siglo de producción de polvo de este sistema”, dijo Ryan Lau, astrónomo del Laboratorio Nacional de Investigación para la Astronomía Óptica Infrarroja (NOIRLab, por sus siglas en inglés) de la Fundación Nacional para la Ciencia (NSF) y autor principal de un nuevo estudio sobre este sistema, publicado el miércoles 12 de octubre en la revista científica Nature Astronomy. “La imagen también ilustra lo sensible que es este telescopio. Antes, solo podíamos ver dos anillos de polvo, usando telescopios terrestres. Ahora vemos al menos 17 de ellos”.

Además de la sensibilidad general de Webb, su instrumento de infrarrojo medio (MIRI, por sus siglas en inglés) está excepcionalmente calificado para estudiar los anillos de polvo, o lo que Lau y sus colegas llaman capas, porque son más gruesos y más anchos de lo que aparecen en la imagen. Los instrumentos científicos de Webb detectan la luz infrarroja, compuesta por una rango de longitudes de onda invisibles para el ojo humano. MIRI detecta las longitudes de ondas infrarrojas más largas, lo que significa que a menudo puede ver objetos más fríos —incluidos los anillos de polvo— de lo que pueden ver los otros instrumentos de Webb. El espectrómetro de MIRI también reveló la composición del polvo, formado principalmente por material expulsado por un tipo de estrella conocida como estrella de Wolf-Rayet.

MIRI fue desarrollado mediante una asociación a partes iguales entre la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés). El Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), en el sur de California, lideró el esfuerzo de la NASA, y un consorcio multinacional de institutos astronómicos europeos contribuyó por la ESA.

Las estrellas de Wolf-Rayet son estrellas de tipo O, las cuales nacen con al menos 25 veces más masa que nuestro Sol y se acercan al final de su vida, cuando es probable que colapsen en un agujero negro. Ardiendo a más temperatura que en su juventud, una estrella Wolf-Rayet genera poderosos vientos que empujan enormes cantidades de gas al espacio. La estrella de Wolf-Rayet de este par en particular puede haber desprendido más de la mitad de su masa original mediante este proceso.

Formación de polvo en el viento

Transformar el gas en polvo es algo parecido a convertir la harina en pan: requiere condiciones e ingredientes específicos. El elemento más común que se encuentra en las estrellas, el hidrógeno, no puede formar polvo por sí solo. Pero debido a que las estrellas de Wolf-Rayet arrojan tanta masa, también expulsan elementos más complejos que normalmente se encuentran en el interior de una estrella, incluido el carbono. Los elementos pesados en el viento se enfrían a medida que viajan al espacio y luego se comprimen donde los vientos de ambas estrellas se encuentran, como cuando dos manos amasan una masa.

Otros sistemas de estrellas de Wolf-Rayet forman polvo, pero ninguno es conocido por hacer anillos como lo hace Wolf-Rayet 140. Este patrón de anillos único se forma porque la órbita de la estrella de Wolf-Rayet en WR 140 es alargada, no circular. Solo cuando las estrellas se acercan —aproximadamente a la misma distancia entre la Tierra y el Sol— y sus vientos chocan, el gas está bajo suficiente presión para formar polvo. Con órbitas circulares, los sistemas binarios Wolf-Rayet pueden producir polvo continuamente.

Lau y sus coautores piensan que los vientos de WR 140 también barrieron el área circundante y la despejaron de material residual contra el que de otro modo podrían chocar, lo que puede ser la razón por la que los anillos permanecen tan intactos en lugar de estar borrosos o dispersos. Probablemente existen aún más anillos que se han vuelto tan tenues y dispersos que ni siquiera Webb puede verlos en los datos.

Las estrellas de Wolf-Rayet pueden parecer exóticas en comparación con nuestro Sol, pero pueden haber jugado un papel en la formación de las estrellas y los planetas. Cuando una estrella de Wolf-Rayet despeja un área, el material barrido puede acumularse en las afueras y volverse lo suficientemente denso para que se formen nuevas estrellas. Existe evidencia de que el Sol se formó en un escenario similar.

Usando datos del modo de espectroscopia de resolución media de MIRI, el nuevo estudio proporciona la mejor evidencia hasta ahora de que las estrellas de Wolf-Rayet producen moléculas de polvo ricas en carbono. Es más, la preservación de las capas de polvo indica que este polvo puede sobrevivir en el ambiente hostil entre estrellas, pasando a suministrar material para la formación de futuras estrellas y planetas.

El misterio es que, mientras los astrónomos estiman que debería haber al menos unos pocos millares de estrellas de Wolf-Rayet en nuestra galaxia, solo se han encontrado unas 600 hasta la fecha.

“Aunque las estrellas de Wolf-Rayet son raras en nuestra galaxia porque son de corta duración con respecto a la vida media de las estrellas, es posible que hayan estado produciendo mucho polvo a lo largo de la historia de la galaxia antes de explotar y formar agujeros negros”, dijo Patrick Morris, astrofísico de Caltech en Pasadena, California, y coautor del nuevo estudio. “Creo que con este telescopio nuevo de la NASA vamos a aprender mucho más acerca de cómo estas estrellas dan forma al material entre las estrellas y desencadenan la formación de nuevas estrellas en las galaxias”.

Más acerca de la misión

El telescopio espacial James Webb (JWST, por sus siglas en inglés) 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).

MIRI fue desarrollado mediante una asociación a partes iguales entre la NASA y la ESA. JPL lideró los esfuerzos de Estados Unidos para MIRI, y un consorcio multinacional de institutos astronómicos europeos contribuyó por la ESA. George Rieke, de la Universidad de Arizona, es el jefe del equipo científico de MIRI en Estados Unidos. Gillian Wright, del Centro de Tecnología Astronómica del Reino Unido (UK ATC, por sus siglas en inglés), es la investigadora principal de MIRI en Europa. Alistair Glasse con UK ATC es el científico de instrumentos de MIRI y Michael Ressler es el científico de proyectos de EE.UU. en JPL. Laszlo Tamas con UK ATC gestiona el Consorcio Europeo. El desarrollo del sistema de refrigeración criogénica de MIRI fue liderado y administrado por JPL, en colaboración con el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y Northrop Grumman en Redondo Beach, California. Caltech gestiona JPL para la NASA.

fuente original: ciencia.nasa.gov
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