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Webb descubre una extraña “huella digital” cósmica

Una nueva imagen de Webb muestra al menos 17 anillos de polvo creados por un tipo raro de estrella y su compañera encerrada en una danza celestial.

Las dos estrellas en Wolf-Rayet 140 producen conchas de polvo cada ocho años 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 chocaron, comprimiendo el gas y formando polvo. Créditos: NASA, ESA, CSA, STScI, JPL-Caltech


Una notable visión cósmica se revela en una nueva imagen del Telescopio Espacial James Webb de la NASA. Al menos 17 anillos de polvo concéntricos se ven misteriosamente emanando de un par de estrellas. Conocido colectivamente como Wolf-Rayet 140, el dúo se encuentra a poco más de 5.000 años luz de la Tierra.

Las estrellas Wolf-Rayet (a menudo abreviadas como W-R o WR) son estrellas inusuales que son muy masivas (más de 40 veces la masa de nuestro Sol), extremadamente calientes (de 20,000 K a alrededor de 210,000 K) y excepcionalmente brillantes. Las estrellas Wolf-Rayet fueron descubiertas en 1867 por C. J. Wolf y G. Rayet. Estas estrellas expulsan continuamente su atmósfera exterior en capas de partículas y gas en forma de burbuja, creando un fuerte viento estelar. Alrededor de 500 de estas estrellas han sido catalogadas hasta ahora en la Vía Láctea.

Cada anillo se formó cuando los vientos estelares (corrientes de gas que soplan al espacio) de las dos estrellas chocaron cuando se acercaron entre sí, comprimiendo el gas y generando polvo. Aproximadamente cada ocho años, las órbitas de las estrellas los unen; Los bucles de polvo marcan el paso del tiempo, al igual que los anillos de crecimiento en el tronco de un árbol.

“Estamos viendo más de un siglo de producción de polvo de este sistema”, dijo Ryan Lau. “La imagen también ilustra cuán sensible es este telescopio. Antes, solo podíamos ver dos anillos de polvo, usando telescopios terrestres. Ahora vemos al menos 17 de ellos”. Lau es astrónomo en NOIRLab de NSF y autor principal de un nuevo estudio sobre el sistema, publicado el 12 de octubre en la revista Nature Astronomy.

Además de la sensibilidad general de Webb, su instrumento de infrarrojo medio (MIRI) está excepcionalmente calificado para estudiar los anillos de polvo, o lo que Lau y sus colegas llaman conchas, porque son más gruesos y anchos de lo que aparecen en la imagen. Los instrumentos científicos de Webb detectan la luz infrarroja, un rango de longitudes de onda invisibles para el ojo humano. MIRI detecta las longitudes de onda infrarrojas más largas, lo que significa que a menudo puede ver objetos más fríos, incluidos los anillos de polvo, que 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 Wolf-Rayet.

MIRI fue desarrollado a través de una asociación 50-50 entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) en el sur de California lideró el esfuerzo para la NASA, y un consorcio multinacional de institutos astronómicos europeos contribuyó para la ESA.

Una estrella Wolf-Rayet es una estrella de tipo O, nacida con al menos 25 veces más masa que nuestro Sol, que está llegando al final de su vida, cuando probablemente colapsará y formará un agujero negro. Ardiendo más caliente que en su juventud, una estrella Wolf-Rayet genera poderosos vientos que empujan enormes cantidades de gas al espacio. La estrella Wolf-Rayet en este par en particular puede haber arrojado más de la mitad de su masa original a través de este proceso.

Formando polvo en el viento

Transformar el gas en polvo es algo así como 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 Wolf-Rayet arrojan tanta masa, también expulsan elementos más complejos que generalmente 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 la masa.

Algunos otros sistemas Wolf-Rayet forman polvo, pero ninguno es conocido por hacer anillos como lo hace Wolf-Rayet 140. El patrón de anillo único se forma porque la órbita de la estrella 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, las binarias Wolf-Rayet pueden producir polvo continuamente.

Este gráfico muestra el tamaño relativo del Sol, arriba a la izquierda, en comparación con las dos estrellas en el sistema conocido como Wolf-Rayet 140. La estrella de tipo O tiene aproximadamente 30 veces la masa del Sol, mientras que su compañera tiene aproximadamente 10 veces la masa del Sol.Credit: NASA / JPL-Caltech

Lau y sus coautores piensan que los vientos del WR 140 también barrieron el área circundante del material residual con el que de otro modo podrían chocar, lo que puede ser la razón por la cual los anillos permanecen tan prístinos en lugar de manchados o dispersos. Es probable que haya aún más anillos que se han vuelto tan débiles y dispersos que ni siquiera Webb puede verlos en los datos.

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

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

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

“A pesar de que las estrellas Wolf-Rayet son raras en nuestra galaxia porque son de corta duración en lo que respecta a las estrellas, es posible que hayan estado produciendo mucho polvo a lo largo de la historia de la galaxia antes de que exploten y / o formen agujeros negros”, dijo Patrick Morris, astrofísico de Caltech en Pasadena, California, y coautor del nuevo estudio. “Creo que con el nuevo telescopio espacial de la NASA vamos a aprender mucho más sobre cómo estas estrellas dan forma al material entre las estrellas y desencadenan la formación de nuevas estrellas en las galaxias”.

Más sobre la Misión

El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo. Resolverá misterios astronómicos en nuestro sistema solar, mirará más allá de los planetas distantes que orbitan otras estrellas y sondeará las enigmáticas estructuras y orígenes de nuestro universo. JWST es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, ESA y CSA (Agencia Espacial Canadiense).

George Rieke de la Universidad de Arizona es el líder del equipo científico de MIRI U.S. Gillian Wright, del Centro de Tecnología Astronómica del Reino Unido, es la investigadora principal europea del MIRI. Alistair Glasse con UK ATC es el científico del instrumento MIRI, y Michael Ressler es el científico del proyecto estadounidense en JPL. Laszlo Tamas con UK ATC gestiona el Consorcio Europeo. El desarrollo del refrigerador criogénico MIRI fue dirigido 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 administra JPL para la NASA.

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