Webb de la NASA indica que varias estrellas 'removieron' la nebulosa del anillo sur

Algunos de los primeros datos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA han demostrado que había al menos dos, y posiblemente tres, más estrellas invisibles que crearon las formas oblongas y curvas de la Nebulosa del Anillo Sur. Además, por primera vez, al emparejar las imágenes infrarrojas de Webb con los datos existentes del observatorio Gaia de la ESA (Agencia Espacial Europea), los investigadores pudieron determinar con precisión la masa de la estrella central antes de que creara la nebulosa. Un equipo de casi 70 investigadores dirigido por Orsola De Marco de la Universidad Macquarie en Sydney, Australia, analizó las 10 exposiciones altamente detalladas de Webb de esta estrella moribunda para producir estos resultados.

¡El Telescopio Espacial Webb ofrece vistas dramáticamente diferentes de la misma escena! Cada imagen combina luz infrarroja cercana y media de tres filtros. A la izquierda, la imagen de Webb de la Nebulosa del Anillo Sur destaca el gas muy caliente que rodea las estrellas centrales. Este gas caliente está rodeado por un anillo nítido de gas más frío, que aparece en ambas imágenes. A la derecha, la imagen de Webb rastrea los flujos de salida dispersos de la estrella que se han adentrado más en el cosmos. La mayor parte del gas molecular que se encuentra fuera de la banda de gas más frío también es frío. También es mucho más aglomerado, y consiste en densos nudos de gas molecular que forman un halo alrededor de las estrellas centrales. “Una de las cosas que me llamó la atención fue la gran diferencia entre las imágenes del gas ionizado caliente y el gas molecular frío”, explicó Isabel Alemán de la Universidad Federal de Itajubá (UNIFEI), Brasil. “El gas caliente es muy suave, pero el gas frío muestra estos pequeños grumos, picos y arcos. Las imágenes de Webb son muy, muy ricas en detalles”. Al tener en cuenta las temperaturas y el contenido de gas en ambas áreas, dentro y fuera de la banda, y al combinar los datos de Webb con mediciones precisas de otros observatorios, ella y el equipo de investigación pudieron crear modelos mucho más precisos para demostrar cuándo el gas fue expulsado por la estrella central (que aparece roja en la imagen de la izquierda). ¿Qué pasa con la tercera estrella que es visible en el borde inferior derecho de la banda dentro de la nebulosa? Desde el punto de vista de Webb, aparece dentro de la escena, pero no es parte de la nebulosa en sí. Es simplemente "fotobombear" esta fiesta. Créditos CIENCIA: NASA, ESA, CSA, STScI, Orsola De Marco (Universidad Macquarie) PROCESAMIENTO DE IMÁGENES: Joseph DePasquale (STScI)

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 crítica que ayudó al equipo a reconstruir la escena y proyectar cómo se pueden haber creado las formas en esta nebulosa.

Comencemos con la celebridad de primer nivel de esta “fiesta” en particular, la estrella que se desprendió de sus capas de gas y polvo durante miles de años. Aparece en rojo en la imagen de la izquierda porque está rodeado por un disco de polvo en órbita de tamaño similar al cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar. Mientras que algunas estrellas expulsan sus capas como actos en solitario "en el escenario", los investigadores proponen que hubo algunos compañeros con asientos en primera fila, y al menos uno que pudo haberse unido a la estrella central antes de que comenzara a crear la Nebulosa del Anillo Sur. “Con Webb, es como si nos dieran un microscopio para examinar el universo”, dijo De Marco. “Hay tantos detalles en sus imágenes. Abordamos nuestro análisis como científicos forenses para reconstruir la escena”.

Es común que pequeños grupos de estrellas, que abarcan un rango de masas, se formen juntas y continúen orbitando entre sí a medida que envejecen. El equipo usó este principio para retroceder en el tiempo, miles de años, para determinar qué podría explicar las formas de las coloridas nubes de gas y polvo.

Examine las líneas rectas y brillantemente iluminadas que atraviesan los anillos de gas y polvo alrededor de los bordes de la Nebulosa del Anillo Sur en la imagen del Telescopio Espacial Webb. Estos "rayos" parecen emanar de una o ambas estrellas centrales, marcando donde la luz fluye a través de los agujeros en la nebulosa. Los agujeros son evidencia de dónde la estrella más tenue que creó esta escena disparó material, creando caminos abiertos para que fluya la luz. Algunas de las eyecciones de la estrella siguieron líneas delgadas y rectas (segundo recuadro) a través del gas y el polvo. Otras eyecciones (primera caja) se ven dobladas, con curvas y más gruesas. ¿Por qué? Un equipo de investigadores, dirigido por Orsola De Marco de la Universidad Macquarie en Sydney, Australia, modeló cómo podrían haberse formado estas estructuras complejas. Los estudios de nebulosas planetarias han demostrado que incluso cuando las estrellas moribundas expulsan su gas y polvo en todos los ángulos simultáneamente, el gas que sale puede no permanecer simétrico por mucho tiempo. En la Nebulosa del Anillo Sur, el equipo proyecta que las líneas rectas pueden haber sido disparadas cientos de años antes ya mayor velocidad que las que parecen más gruesas y con curvas. Es posible que el segundo conjunto sea una mezcla de material que se desaceleró, creando formas menos lineales. Al comparar cuidadosamente la apariencia y el momento de estas eyecciones en los datos y las simulaciones, De Marco y su equipo proponen que esto es más evidencia de la presencia de una estrella con una órbita ligeramente más ancha que "revolvió la olla" de las eyecciones. Esta imagen combina luz infrarroja cercana y media. La estrella más tenue que creó la nebulosa planetaria aparece como una tenue estrella roja junto a la estrella azul central. Créditos CIENCIA: NASA, ESA, CSA, STScI, Orsola De Marco (Universidad Macquarie) PROCESAMIENTO DE IMÁGENES: Joseph DePasquale (STScI)

Primero, se enfocaron en la estrella envejecida que se deshizo de sus capas y todavía está rodeada por una "capa" de polvo rojo polvoriento. Una extensa investigación sobre este tipo de estrellas envejecidas muestra que capas polvorientas como estas deben tomar la forma de discos polvorientos que orbitan alrededor de la estrella. Una inmersión rápida en los datos reveló el disco. “Esta estrella ahora es más pequeña y más 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 el gas y el polvo que vemos arrojados por todas partes debe haber venido de esa estrella, pero fue arrojado en direcciones muy específicas por las estrellas compañeras”.

Antes de que la estrella moribunda arrojara sus capas, el equipo propone que interactuó con una o incluso dos estrellas compañeras más pequeñas. Durante este "baile" íntimo, las estrellas que interactúan pueden haber lanzado chorros de dos lados, que aparecieron más tarde como proyecciones aproximadamente emparejadas que ahora se observan en los bordes de la nebulosa. "Esto es mucho más hipotético, pero si dos compañeros estuvieran interactuando con la estrella moribunda, lanzarían chorros que se derrumbarían y podrían explicar estos golpes opuestos", explicó De Marco. La capa de polvo alrededor de la estrella moribunda apunta a estas interacciones.

¿Dónde están esos compañeros ahora? Son lo suficientemente tenues como para ocultarse, camuflados por las luces brillantes de las dos estrellas centrales, o se han fusionado con la estrella moribunda.

Esta imagen de la Nebulosa del Anillo Sur (NGC 3132), capturada por la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) de Webb, muestra las flechas de la brújula, la barra de escala y la clave de color como referencia. Las flechas de la brújula norte y este muestran la orientación de la imagen en el cielo. Tenga en cuenta que la relación entre el norte y el este en el cielo (visto desde abajo) se invierte en relación con las flechas de dirección en un mapa del suelo (visto desde arriba). La barra de escala está etiquetada en años luz, que es la distancia que recorre la luz en un año terrestre. (La luz tarda 0,25 años en recorrer una distancia igual a la longitud de la barra de escala). Un año luz equivale a aproximadamente 5,88 billones de millas o 9,46 billones de kilómetros. El campo de visión que se muestra en esta imagen es de aproximadamente 0,25 años luz de diámetro. Esta imagen muestra longitudes de onda invisibles de luz infrarroja cercana e infrarroja media que se han traducido a colores de luz visible. La clave de color muestra qué filtros NIRCam y MIRI se usaron al recolectar la luz. El color de cada nombre de filtro es el color de la luz visible que se usa para representar la luz infrarroja que pasa a través de ese filtro. Lea una descripción completa de la imagen. Créditos CIENCIA: NASA, ESA, CSA, STScI, Orsola De Marco (Universidad Macquarie) PROCESAMIENTO DE IMÁGENES: Joseph DePasquale (STScI)

Las formas complejas de la Nebulosa del Anillo Sur son más evidencia de compañeros invisibles adicionales: sus eyecciones son más delgadas en algunas áreas y más gruesas en otras. Una tercera estrella en estrecha interacción puede haber agitado los chorros, sesgando las eyecciones uniformemente equilibradas como el arte del giro. Además, una cuarta estrella con una órbita un poco más ancha también podría haber "revuelto la olla" de eyecciones, como una espátula que atraviesa la masa en la misma dirección cada vez, generando el enorme conjunto de anillos en los confines exteriores de la nebulosa.

¿Qué pasa con la estrella azul-blanca muy brillante en las imágenes de Webb? Piense en la 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 del infrarrojo medio para aislar diferentes componentes de la nebulosa. La imagen de la izquierda destaca el gas muy caliente que rodea a las estrellas centrales. La imagen de la derecha rastrea los flujos moleculares dispersos de la estrella que se han adentrado más en el cosmos.

Esta imagen de la Nebulosa del Anillo Sur (NGC 3132), capturada por la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) de Webb, muestra las flechas de la brújula, la barra de escala y la clave de color como referencia. Las flechas de la brújula norte y este muestran la orientación de la imagen en el cielo. Tenga en cuenta que la relación entre el norte y el este en el cielo (visto desde abajo) se invierte en relación con las flechas de dirección en un mapa del suelo (visto desde arriba). La barra de escala está etiquetada en años luz, que es la distancia que recorre la luz en un año terrestre. (La luz tarda 0,25 años en recorrer una distancia igual a la longitud de la barra de escala). Un año luz equivale a aproximadamente 5,88 billones de millas o 9,46 billones de kilómetros. El campo de visión que se muestra en esta imagen es de aproximadamente 0,25 años luz de diámetro. Esta imagen muestra longitudes de onda invisibles de luz infrarroja cercana e infrarroja media que se han traducido a colores de luz visible. La clave de color muestra qué filtros NIRCam y MIRI se usaron al recolectar la luz. El color de cada nombre de filtro es el color de la luz visible que se usa para representar la luz infrarroja que pasa a través de ese filtro. Lea una descripción completa de la imagen. Créditos CIENCIA: NASA, CSA, ESA, STScI, Orsola De Marco (Universidad Macquarie) PROCESAMIENTO DE IMÁGENES: Joseph DePasquale (STScI)

El artículo del equipo, titulado "La desordenada muerte de un sistema estelar múltiple y la nebulosa planetaria resultante observada por JWST", se publicará en Nature Astronomy el 8 de diciembre.

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

Cómo todos los "fiesteros", hasta cinco estrellas, crearon la Nebulosa del Anillo Sur. ¡Hagamos clic en "rebobinar" y reproduzcamos las interacciones que podrían haber creado la escena! Primero, es importante saber que ninguna de estas ilustraciones tiene la escala adecuada, y tres o hasta cuatro de las estrellas serían demasiado pequeñas y tenues para aparecer en la imagen de Webb. En segundo lugar, la estrella 1 y la estrella 2 son las únicas estrellas que vemos en el sexto y último panel de arriba. Los "invitados" restantes se conocerán como estrellas 3, 4 y 5. Todas son mucho menos masivas, en otras palabras, mucho más pequeñas y tenues que las estrellas 1 y 2. La primera ilustración muestra un campo más amplio. La estrella 1, la más masiva de este grupo de cinco estrellas, es la que envejece más rápido y es la responsable de crear la nebulosa planetaria. La estrella 2 orbita muy lentamente la estrella 1, que es más fácil de ver en el último panel. Todo está relativamente tranquilo en esta etapa mientras orbitan entre sí, aunque hay otra estrella en la escena, la número 5. Gira alrededor de la estrella 1 mucho más estrechamente que la estrella 2. ¡Cue la acción! El segundo panel se acerca mucho a la escena, y otros dos compañeros aparecen a la vista. La estrella 1 ha comenzado a hincharse a medida que envejece rápidamente, tragándose a la estrella 3. A través de la gravedad, la estrella 3 comienza a atraer material de la estrella 1 y lanza chorros en ambas direcciones. La estrella 4 está cerca, pero aún no interactúa. El tercer panel muestra cuánto se ha expandido la estrella 1 a medida que envejece. Dos compañeros también entran en la mezcla. Las estrellas 3 y 4 han enviado una serie de chorros bipolares. A medida que estas dos estrellas interactúan, los chorros que emiten caen, lo que conduce a los bordes irregulares y ondulados del gas y el polvo expulsados por la estrella envejecida 1. Ambos compañeros 3 y 4 interactúan dentro del gas y el polvo que la estrella 1 ha expulsado. En el panel 4, nos alejamos para ver más de la escena. La luz ultravioleta y un viento esférico rápido del núcleo ultracaliente recién expuesto de la estrella 1 están ayudando a esculpir el gas y el polvo expulsados anteriormente, creando una cavidad similar a una burbuja. También hay un disco sobrante de material de las interacciones anteriores con la estrella 3. La estrella 3 ya no es visible, pero la estrella 5 ahora está a la vista. Tiene una órbita más amplia y está dibujando "líneas" a través del gas y el polvo expulsados de la estrella 1 a medida que orbita, como un cuchillo a través de un tazón de hielo. ¡Ahora es el momento de alejar aún más! En esta etapa, nos estamos acercando a una vista de la nebulosa planetaria que vemos hoy. El quinto panel muestra el mismo trío: las estrellas 1 y 2 con la estrella 5. Ahora, para mezclarlo de nuevo: mientras orbita, la estrella 5 continúa interactuando con el gas expulsado y el polvo que viaja lentamente más y más lejos de la estrella 1 hacia el espacio circundante, generando el sistema de grandes anillos visto en la nebulosa exterior. El sexto panel retrata la escena tal como la observamos hoy: al alejarnos por completo, solo vemos las estrellas 1 y 2 en la Nebulosa del Anillo Sur. Ahora que está orientado, lea el resumen completo de los posibles eventos. Créditos ILUSTRACIÓN: NASA, ESA, CSA, STScI, Elizabeth Wheatley (STScI)

Contacto con los medios

Claire Blome

Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland

Cristina Pulliam

Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland

Enlaces y documentos relacionados

El artículo científico de O. De Marco et al.

• Publicado en Webb Sapce Telescope el 8 de diciembre del 2022, enlace publicación.