El telescopio Webb de la NASA revela intrincadas capas de polvo y gas interestelar

Érase una vez, el núcleo de una estrella masiva colapsó, creando una onda expansiva que se expandió hacia afuera, destrozando la estrella a su paso. Al alcanzar la superficie de la estrella, la atravesó, generando un breve e intenso pulso de rayos X y luz ultravioleta que se expandió hacia el espacio circundante. Unos 350 años después, ese pulso de luz ha alcanzado material interestelar, iluminándolo, calentándolo y haciéndole brillar en luz infrarroja. 

El destello de una supernova iluminó material invisible entre las estrellas. El espacio entre las estrellas está lleno de gas y polvo, a veces denso, a veces delgado, y a menudo invisible a menos que se ilumine. Un foco cósmico en forma de destello de supernova ha iluminado material interestelar en la constelación de Casiopea. El Telescopio Espacial James Webb de la NASA muestra a los astrónomos nuevos detalles, incluyendo nudos, láminas y nubes probablemente esculpidas por campos magnéticos. Créditos: Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Jacob Jencson (Caltech/IPAC)

El Telescopio Espacial James Webb de la NASA ha observado ese resplandor infrarrojo, revelando finos detalles que se asemejan a los nudos y espirales de la veta de la madera. Estas observaciones permiten a los astrónomos cartografiar por primera vez la verdadera estructura tridimensional de este polvo y gas interestelar (conocido como medio interestelar).

"Nos quedamos bastante sorprendidos al ver este nivel de detalle", dijo Jacob Jencson de Caltech/IPAC en Pasadena, investigador principal del programa científico .

“Vemos las capas como una cebolla”, añadió Josh Peek, del Instituto Científico del Telescopio Espacial en Baltimore, miembro del equipo científico. “Creemos que cada región densa y polvorienta que vemos, y la mayoría de las que no vemos, se ven así por dentro. Simplemente nunca antes habíamos podido observar su interior”.

El equipo presentará sus hallazgos en una conferencia de prensa en la 245ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana en National Harbor, Maryland.

Incluso cuando una estrella muere, su luz perdura, resonando por el cosmos. Han pasado tres años extraordinarios desde que lanzamos el Telescopio Espacial James Webb de la NASA. Cada imagen, cada descubrimiento, muestra no solo la majestuosidad del universo, sino también el poder del equipo de la NASA y la promesa de alianzas internacionales. Esta misión pionera, la mayor colaboración internacional de la NASA en ciencia espacial, es un verdadero testimonio del ingenio, el trabajo en equipo y la búsqueda de la excelencia de la NASA, declaró el administrador de la NASA, Bill Nelson. Ha sido un privilegio supervisar este esfuerzo monumental, moldeado por la incansable dedicación de miles de científicos e ingenieros de todo el mundo. Esta última imagen captura con belleza el legado perdurable del Webb: una mirada al pasado y una misión que inspirará a las generaciones venideras.

Estas brillantes cortinas cósmicas muestran gas y polvo interestelar calentado por la explosión de una supernova de hace mucho tiempo. El gas emite entonces una luz infrarroja que se conoce como eco de luz térmica. A medida que la iluminación de la supernova viaja por el espacio a la velocidad de la luz, el eco parece expandirse. El Telescopio Espacial James Webb de la NASA observó este eco de luz en las proximidades del remanente de supernova Casiopea A en tres ocasiones distintas, creando así un escaneo 3D del material interestelar. Cabe destacar que el campo de visión de la fila superior está ligeramente girado en sentido horario con respecto a las filas central e inferior, debido al ángulo de giro del telescopio Webb al momento de las observaciones. Créditos: Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Jacob Jencson (Caltech/IPAC)

Tomando una tomografía computarizada

Las imágenes de la NIRCam (Cámara de Infrarrojos Cercanos) del Webb resaltan un fenómeno conocido como eco de luz. Un eco de luz se crea cuando una estrella explota o entra en erupción, proyectando luz sobre las masas de polvo circundantes, haciéndolas brillar en un patrón en constante expansión. Los ecos de luz en longitudes de onda visibles (como los que se observan alrededor de la estrella V838 Monocerotis ) se deben a la luz que se refleja en el material interestelar. En cambio, los ecos de luz en longitudes de onda infrarrojas se producen cuando el polvo se calienta por radiación energética y luego brilla.

Los investigadores se centraron en un eco de luz observado previamente por el Telescopio Espacial Spitzer, retirado de la NASA. Es uno de los numerosos ecos de luz observados cerca del remanente de supernova Cassiopeia A, los restos de la estrella que explotó. El eco de luz proviene de material no relacionado que se encuentra detrás de Cassiopeia A, no del material expulsado durante la explosión de la estrella.

Las características más evidentes en las imágenes del Webb son láminas densamente compactas. Estos filamentos muestran estructuras a escalas notablemente pequeñas, de unas 400 unidades astronómicas, o menos de una centésima de año luz. (Una unidad astronómica, o UA, es la distancia media entre la Tierra y el Sol. La órbita de Neptuno tiene un diámetro de 60 UA).

“No sabíamos que el medio interestelar tuviera estructuras a una escala tan pequeña, y mucho menos que tuviera forma de lámina”, dijo Peek.

Estas estructuras laminares podrían estar influenciadas por los campos magnéticos interestelares. Las imágenes también muestran regiones densas y estrechamente entrelazadas que se asemejan a nudos en la veta de la madera. Estas podrían representar "islas" magnéticas incrustadas en los campos magnéticos más aerodinámicos que impregnan el medio interestelar.

“Este es el equivalente astronómico de una tomografía computarizada médica”, explicó Armin Rest, del Instituto Científico del Telescopio Espacial y miembro del equipo científico. “Contamos con tres cortes tomados en tres momentos diferentes, lo que nos permitirá estudiar la verdadera estructura tridimensional. Cambiará por completo la forma en que estudiamos el medio interestelar”.

Esta imagen del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA destaca cambios drásticos en los fenómenos conocidos como ecos de luz (áreas coloreadas) alrededor del remanente de supernova Cassiopeia A (centro). Cassiopeia A es el remanente de una estrella que alguna vez fue masiva y murió en una violenta explosión de supernova. Consiste en una estrella muerta, llamada estrella de neutrones, y una capa circundante de material que se desprendió al morir. Un eco de luz se crea cuando una estrella explota o entra en erupción, proyectando luz sobre las masas de polvo circundantes. A medida que la luz atraviesa las masas de polvo, las calienta, provocando que brillen sucesivamente en infrarrojo, como una cadena de bombillas navideñas que se encienden una a una. El resultado es una ilusión óptica, en la que el polvo parece volar hacia afuera a la velocidad de la luz. Este movimiento aparente se puede apreciar aquí por el cambio de color en las masas de polvo. La imagen principal subyacente es una composición de Spitzer que muestra Cassiopeia A y las nubes de polvo interestelares circundantes. Consiste en seis imágenes tomadas a lo largo de tres años, cada una representada en un color diferente, como se indica en la leyenda en la parte inferior de la imagen. Las formaciones de polvo que no han cambiado con el tiempo aparecen en gris, mientras que las que sí lo han hecho se colorean en azul o naranja. Los colores más azules representan un período anterior y los más rojos, uno posterior. Ciertas áreas del eco de luz se muestran con más detalle para mostrar los patrones turbulentos que se forman a medida que el eco de luz ilumina diferentes áreas de gas y polvo a lo largo del tiempo. El remanente de supernova se encuentra a 11.000 años luz de distancia, en la constelación septentrional de Casiopea. El eco de luz es el más grande jamás observado, extendiéndose a más de 300 años luz de Casiopea A. Si se observara desde la Tierra, la imagen completa ocuparía el mismo espacio que siete lunas llenas. Crédito: Spitzer/NASA

Trabajo futuro

El programa científico del equipo también incluye observaciones espectroscópicas con el MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio) del telescopio Webb. Planean analizar el eco de luz varias veces, con semanas o meses de diferencia, para observar su evolución a medida que pasa. 

"Podemos observar la misma mancha de polvo antes, durante y después de que sea iluminada por el eco y tratar de buscar cualquier cambio en las composiciones o estados de las moléculas, incluso si algunas moléculas o incluso los granos de polvo más pequeños se destruyen", dijo Jencson.

Los ecos de luz infrarroja también son extremadamente raros, ya que requieren un tipo específico de explosión de supernova con un pulso corto de radiación energética. El próximo Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA realizará un estudio del plano galáctico que podría encontrar evidencia de ecos de luz infrarroja adicionales para que el Webb los estudie en detalle.

El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo. El Webb resuelve misterios en nuestro sistema solar, observando mundos distantes alrededor de otras estrellas e investigando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. El Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).

Contacto con los medios

Instituto Científico del Telescopio Espacial Christine Pulliam , Baltimore, Maryland

Ciencia

Jacob Jencson (Caltech/IPAC)

Publicado en Webb Space Telescope el 14 de enero del 2025, enlace publicación.