Nuevas imágenes de nebulosa planetaria parece retratar una escena de crimen cósmico

Desde nuestro punto de vista en la Tierra, el Universo puede parecer un lugar sereno. Cada noche, las estrellas lejanas giran con tranquilidad por el cielo y los telescopios captan imágenes de objetos celestes aparentemente congelados en el tiempo. Pero estas tranquilas capturas a menudo ocultan una vorágine de actividad, desde colisiones hasta explosiones, todas en un feroz juego de fuerzas gravitatorias.

Décadas de avances tecnológicos en el diseño de telescopios e instrumentos han permitido obtener imágenes más claras y detalladas que revelan la naturaleza verdaderamente caótica del Universo.

Impresión artística del JWST

Credit: Adriana Manrique Gutierrez, NASA Animator.

Un ejemplo es la nebulosa planetaria NGC 3132, también conocida como la nebulosa del Anillo Sur, que se encuentra a unos 2.000 años luz de nosotros en la constelación de Vela. Se trata de un objeto bien estudiado cuyas observaciones anteriores indican que contiene un sistema estelar binario rodeado de nubes brillantes que una de sus estrellas expulsa gradualmente mientras se acerca al final de su ciclo de vida.

Sin embargo, a principios de este año, el Telescopio Espacial James Webb (JWST por sus siglas en inglés) obtuvo imágenes de esta nebulosa con más detalle que nunca. Lo que los astrónomos descubrieron no fue el envejecimiento gradual y aparentemente elegante de una estrella.

Las nuevas observaciones en realidad revelaron una historia de origen más violenta, con más actores participantes de los que se conocía a la fecha.

Este es el tema de un nuevo artículo científico publicado hoy en Nature Astronomy, en el que colaboró Letizia Stanghellini, astrónoma de NOIRLab de NSF especializada en nebulosas planetarias.

Nebulosa Planetaria

El término “nebulosa planetaria” es bastante confuso, pues no tiene nada que ver con los planetas. Este nombre es una rareza lingüística que data del Siglo XVIII cuando el afamado astrónomo inglés, William Herschel, describió que ciertas nebulosas eran similares a los planetas. La nebulosa del Anillo (M57, para no confundirla con la nebulosa del Anillo Sur) fue descrita por el astrónomo francés, Antoine Darquier de Pellepoix, como “tan grande como Júpiter y similar a un planeta que se desvanece”. Si bien las observaciones posteriores revelaron la verdadera naturaleza de estos interesantes objetos cósmicos, el término antiguo aún permanece dentro de la jerga astronómica.

Las nebulosas planetarias en realidad son la fase final de la vida de las estrellas de entre una y ocho masas solares. Estas se crean de estrellas gigantes rojas que expulsan sus capas externas de gas al espacio. La poderosa radiación ultravioleta emitida por la estrella moribunda ioniza el gas, causando que irradie luz en diferentes colores, lo que convierte a este fenómeno en uno de los residentes más hermosos del cielo nocturno. Es más, son clave para comprender la evolución del cosmos y cómo se puede producir la vida.

“En cada población estelar existen más estrellas de baja masa que de alta masa, así que hay muchas más estrellas que pasan por la fase de nebulosa planetaria que por la eyección de supernovas. Es importante no sólo porque es común, sino también por la nucleosíntesis que se produce en el interior de las estrellas. Mientras que las supernovas y las estrellas de alta masa producen la mayor parte de los elementos pesados, las estrellas de baja masa que pasan por la fase de nebulosa planetaria producen la mayor parte del nitrógeno y al menos la mitad del carbono en el Universo. Y nosotros estamos hechos de carbono”, explica Stanghellini.

La fase de nebulosa planetaria puede durar decenas de miles de años, pero eso no es más que un suspiro en la vida de una estrella, que habrá estado ardiendo durante miles de millones de años hasta ese momento.

Por eso los astrónomos sólo han detectado unos pocos miles de nebulosas planetarias en la Galaxia, a pesar de que ésta contiene cientos de miles de millones de estrellas.

Descubrimiento del JWST

De estos pocos miles de millones, la nebulosa del Anillo Sur fue seleccionada como uno de los cinco objetivos que se observaron durante el programa de observaciones tempranas (ERO por sus siglas en inglés) del JWST (y fue la única nebulosa planetaria seleccionada). Este programa se diseñó para probar y mostrar las capacidades del nuevo telescopio, cuyos resultados no decepcionaron al momento de publicarlos el 12 de julio de este año.

“Llevo estudiando las nebulosas planetarias desde que estudiaba en la universidad, así que cada vez que había un gran avance de los instrumentos, se producía ese momento de asombro, como con los primeros espectros de Gemini y Spitzer, y las primeras imágenes del Hubble. Cada uno de estos grandes observatorios me ha hecho pensar ‘¡guau, las nebulosas planetarias son realmente las mejores!’. Así que he tenido esta sensación durante toda mi carrera. Sabía bastante sobre el JWST y también había muchas simulaciones, por lo que sabíamos que íbamos a ver grandes cosas. Pero aún así me impresionó bastante, de hecho, superaron las expectativas”, cuenta Stanghellini.

Además de comprobar la extraordinaria vista del JWST, las imágenes de la nebulosa del Anillo Sur llamaron la atención de Stanghellini, y de muchos otros expertos, pero por otra razón: contenían algunos detalles nuevos y sorprendentes, que sugerían nueva información sobre el pasado de la nebulosa.

Cuando los intrigados científicos empezaron a hablar de ello, se dieron cuenta de que un análisis exhaustivo requeriría el trabajo en equipo de muchos astrónomos especializados en diversos aspectos de estos objetos. Así que un integrante de la Comisión de Nebulosas Planetarias de la Unión Astronómica Internacional (UAI) sugirió que el equipo comenzara a colaborar en esta investigación, y el presidente de la comisión inició un chat en línea dedicado a estas discusiones. El resultado de este trabajo se plasmó en el nuevo artículo de Nature Astronomy, que cuenta con más de 60 colaboradores de todo el mundo.

Esto representa un ciclo completo para Stanghellini, que fundó la comisión en agosto de 2015. Ahora, como miembro principal de la misma, se siente feliz de ver el exitoso desarrollo de la comunidad.

Stanghellini nos comparte: “Estoy muy orgullosa porque soy la fundadora de la comisión y fui su primera presidenta. Creo que había mucho interés disperso en el trabajo sobre las nebulosas planetarias –que son muy interesantes e importantes– pero no una masa significativa de astrofísicos que las estudiaran en cada instituto. Así que creo que esto es muy interesante y ha funcionado bien. El actual presidente ha hecho un magnífico trabajo para reunir a todo el mundo y expresamos nuestro agradecimiento a la IAU en el artículo”.

Así que, profundizando en los datos, ¿qué fue lo que encontraron los científicos? En imágenes anteriores del objeto, sólo se veía una estrella, enclavada entre los filamentos de gas y polvo. Se sabía que esta estrella visible era compañera de la estrella que había expulsado la nube, ya que el núcleo remanente de la estrella progenitora brilla demasiado poco en las longitudes de onda visibles como para ser visto a través del polvo y el gas. Pero en las imágenes del JWST, cuya visión infrarroja puede atravesar la burbuja exterior, apareció de repente un segundo punto de luz que no se había visto antes.

Resolviendo el misterio

Este descubrimiento hace mucho más que decirnos simplemente que existe otro objeto en el sistema, podría reescribir toda la comprensión de los astrónomos sobre cómo llegó a formarse la nebulosa del Anillo Sur.

Aunque se cree que todas las estrellas de entre una y ocho masas solares acaban pasando por la fase de nebulosa planetaria, este acontecimiento puede desencadenarse antes por una interacción cercana con otra estrella.

Una interacción de este tipo interrumpiría la fusión que ocurre al interior de la estrella progenitora, cortando su producción de elementos como el carbono, el oxígeno y el nitrógeno. Este escenario también podría explicar otra observación en los nuevos datos: los espectros tomados por el JWST indican una menor abundancia de carbono en la nebulosa de la que se esperaría que produjera la estrella central si alcanzara esta fase de forma natural. Por esta razón, el nuevo artículo compara la nebulosa del Anillo Sur con la escena de un crimen, que contiene rastros de evidencia sobre lo que podría haber causado la muerte prematura de la progenitora.

Otras pistas se encuentran en la compleja morfología del objeto, con su patrón de altos índices radiales y ondas que fluyen hacia el exterior. Al examinar el límite de la cavidad interior más dispersa, los astrónomos descubrieron que su superficie es más bien irregular que lisa. Hay múltiples causas posibles para esto, pero cada protuberancia parece estar emparejada con otra directamente opuesta, lo que sugiere que pueden haber sido esculpidas por chorros polarizados producidos por la binaria cercana en interacción.

Pero estas protuberancias se encuentran en toda la superficie, cubriendo un rango mucho más amplio del que podría explicarse por los chorros de sólo dos estrellas. Por ello, los astrónomos creen que podría haber otra estrella no detectada escondida en el disco polvoriento. Por otra parte, los patrones más alejados sugieren que debe haber otra estrella invisible, formando los vientos estelares que se alejan de ese centro caótico.

En total, NGC 3132 podría contener hasta cinco estrellas, dependiendo de si hay una o dos compañeras cercanas ocultas en el disco polvoriento, y de si se han fusionado con la progenitora o no. Se trata de una imagen de la nebulosa mucho más tumultuosa de lo que se conocía hasta ahora, incluso por los más familiarizados con ella, y Stanghellini ahora desea investigar más nebulosas planetarias cercanas con el mismo nivel de detalle.

“No es posible hacerlo con todas”, explica, “pero sería importante tener una referencia de algunos tipos diferentes. Cada una de estas nebulosas planetarias es un pequeño componente de una población, que nos dice mucho sobre la población estelar y la galaxia. Cuando observamos nebulosas planetarias en otras galaxias, que es mi especialidad, no se pueden ver estos detalles porque están al menos 60 veces más lejos, pero hay que conocer todos sus componentes, así que este ha sido un buen ejemplo. Creo que sería importante tener una muestra de varios tipos diferentes cerca, y así usarla como herramienta para explorar el resto del Universo”.