Blue Ring Nebula, el ejemplo más joven de la fusión de dos estrellas

La nebulosa, por su extrañeza, dejó atónitos a los científicos que la descubrieron en 2004.

Blue Ring Nebula, el ejemplo más joven de la fusión de dos estrellas

Un estudio parece haber dado un veredicto sobre la naturaleza de la Nebulosa del Anillo Azul. Sería el ejemplo más joven conocido de estrellas fusionadas.

En 2004, científicos a cargo del Galaxy Evolution Explorer (GALEX), un observatorio espacial de la NASA, detectaron un objeto diferente a cualquier otro que habían visto antes en nuestra galaxia: una gran y débil mancha de gas con una estrella en su centro.

En las imágenes tomadas por GALEX, el objeto parecía azul, aunque en realidad no emite luz visible para el ojo humano. Las observaciones posteriores revelaron una estructura de anillo grueso dentro de él.

Así que el equipo lo apodó la Nebulosa del Anillo Azul. Durante los siguientes 16 años, lo estudiaron con múltiples telescopios terrestres y espaciales, pero cuanto más aprendían, más misterioso parecía.

La Nebulosa del Anillo azul consiste en dos conos de gas en expansión expulsados al espacio por una fusión estelar. A medida que el gas se enfría, forma moléculas de hidrógeno que chocan con partículas en el espacio interestelar, haciendo que irradien luz ultravioleta lejana. Invisible para el ojo humano, en la imagen se muestra en azul. Crédito: NASA/JPL-Caltech/M. Seibert (Carnegie Institution for Science)/K. Hoadley (Caltech)/GALEX Team

Ahora, un nuevo estudio publicado en la revista Nature puede haber resuelto el caso. Al aplicar modelos teóricos de vanguardia a la cantidad de datos que se han recopilado sobre este objeto durante la última década y media, los autores plantean que la nebulosa, una nube de gas en el espacio, probablemente esté compuesta de escombros de dos estrellas que chocaron y se fusionaron en una sola estrella.

Si bien se cree que los sistemas estelares fusionados son bastante comunes, son casi imposibles de estudiar inmediatamente después de que se forman porque están oscurecidos por los escombros que la colisión pone en marcha. Una vez que los escombros se han despejado, al menos cientos de miles de años después, son difíciles de identificar porque se asemejan a estrellas no fusionadas.

La Nebulosa del Anillo Azul parece ser el eslabón perdido: los astrónomos están viendo el sistema estelar solo unos pocos miles de años después de la fusión, cuando la evidencia de la unión todavía es abundante. Parece ser el primer ejemplo conocido de un sistema estelar combinado en esta etapa.

La Nebulosa del Anillo Azul consiste en dos nubes huecas en forma de cono de escombros que se mueven en direcciones opuestas lejos de la estrella central. La base de un cono está viajando casi directamente hacia la Tierra. Como resultado, los astrónomos que miran la nebulosa ven dos círculos que se superponen parcialmente. Créditos: Mark Seibert

El GALEX

Operado entre 2003 y 2013 y administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, GALEX fue diseñado para ayudar a estudiar la historia de la formación de estrellas en la mayor parte del universo mediante la realización de un censo de poblaciones de estrellas jóvenes en otras galaxias.

Para ello, la misión observó tanto la luz cercana a los rayos UV (longitudes de onda ligeramente más cortas que la luz visible) como las de los rayos UV. La mayoría de los objetos vistos por GALEX irradiaron tanto “near-UV” (representado como amarillo en imágenes de GALEX) como “UV de lejos” (representado como azul), pero la Nebulosa del Anillo Azul se destacó porque emitía sólo luz UV lejana.

El tamaño del objeto era similar al de un remanente de supernova, que se forma cuando una estrella masiva se queda sin combustible y explota, o una nebulosa planetaria, los restos hinchados de una estrella del tamaño de nuestro Sol. Pero la Nebulosa del Anillo Azul tenía una estrella viviente en su centro.

Además, los restos de supernovas y las nebulosas planetarias irradian en múltiples longitudes de onda de luz fuera del rango UV, mientras que otras investigaciones mostraron que la Nebulosa del Anillo Azul no lo hacía.

Representación artística del GALEX.

¿Planeta fantasma?

En 2006, el equipo de GALEX examinó la nebulosa con el telescopio Hale de 200 pulgadas (5,1 metros) en el Observatorio Palomar en el Condado de San Diego, California, y luego con los telescopios aún más potentes de 10 metros (33 pies) en el Observatorio W.M. Keck en Hawái.

Encontraron evidencia de una onda de choque en la nebulosa, lo que sugiere que el gas que comprendía la Nebulosa del Anillo Azul había sido expulsado por algún tipo de evento violento alrededor de la estrella central. Los datos de Keck también sugirieron que la estrella estaba tirando de una gran cantidad de material sobre su superficie. Pero, ¿de dónde venía el material?

"Durante mucho tiempo pensamos que tal vez había un planeta varias veces la masa de Júpiter siendo desgarrada por la estrella, y eso fue tirar todo ese gas fuera del sistema", dijo Mark Seibert, un astrofísico de la Institución Carnegie para la Ciencia y miembro del equipo GALEX de Caltech, que gestiona JPL.

Pero el equipo quería más datos. En 2012, utilizando el primer estudio de cielo completo del Wide-field Infrared Survey Explorer de la NASA (WISE), un telescopio espacial que estudió el cielo en la luz infrarroja, el equipo de GALEX identificó un disco de polvo orbitando estrechamente alrededor de la estrella. (WISE se reactivó en 2013 como la misión NEOWISE de caza de asteroides).

Los datos de archivo de otros tres observatorios infrarrojos, incluido el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, también detectaron el disco. El hallazgo no descartó la posibilidad de que un planeta también estuviera orbitando la estrella, pero finalmente el equipo mostraría que el disco y el material expulsados al espacio provenían de algo más grande que incluso un planeta gigante. Luego, en 2017, el Habitable Zone Planet Finder, en el Telescopio Hobby-Eberly, en Texas, confirmó que no había ningún objeto compacto orbitando la estrella.

Más de una década después de descubrir la Nebulosa del Anillo Azul, el equipo había reunido datos sobre el sistema de cuatro telescopios espaciales, cuatro telescopios terrestres, observaciones históricas de la estrella que se remontan a 1895 (con el fin de buscar cambios en su brillo con el tiempo), y con la ayuda de científicos ciudadanos a través de la Asociación Americana de Observadores de Estrellas Variables (AAVSO). Pero una explicación de lo que había creado la nebulosa todavía los eludía.

Se cree que la Nebulosa del Anillo Azul es el producto de dos estrellas fusionándose en una sola. La colisión de los cuerpos expulsó una nube de escombros calientes al espacio. Un disco de gas que orbita la estrella más grande cortó la nube por la mitad, creando dos conos que se están alejando de la estrella en direcciones opuestas.

Detectives estelares

Para cuando Keri Hoadley comenzó a trabajar con el equipo científico de GALEX en 2017, “el grupo había chocado contra una pared” con la Nebulosa del Anillo Azul, dijo. Pero Hoadley, una astrofísica de Caltech, estaba fascinada por el objeto y sus extrañas características, por lo que aceptó el desafío de tratar de resolver el misterio.

Parecía probable que la solución no provendría de más observaciones del sistema, sino de teorías de vanguardia que pudieran dar sentido a los datos existentes. Así que Chris Martin, investigador principal de GALEX en Caltech, se puso en contacto con Brian Metzger de la Universidad de Columbia para obtener ayuda.

Como astrofísico teórico, Metzger fabrica modelos matemáticos y computacionales de fenómenos cósmicos, que se pueden utilizar para predecir cómo se verán y se comportarán esos fenómenos. Se especializa en fusiones cósmicas – colisiones entre una variedad de objetos, ya sean planetas y estrellas o dos agujeros negros. Con Metzger a bordo y Hoadley “pastoreando” el trabajo, las cosas progresaron rápidamente.

“No era sólo que Brian podía explicar los datos que estábamos viendo; esencialmente estaba prediciendo lo que habíamos observado antes de verlo”, dijo Hoadley. “Diría: ‘Si esto es una fusión estelar, entonces deberías ver X’, y fue como, ‘¡Sí! ¡Lo vemos!'”

El equipo concluyó que la nebulosa fue el producto de una fusión estelar relativamente fresca que probablemente ocurrió entre una estrella similar a nuestro Sol y otra estrella sólo alrededor de una décima parte de ese tamaño (o unas 100 veces la masa de Júpiter).

Cerca del final de su vida, la estrella solar comenzó a hincharse, arrastrándose más cerca de su compañero. Eventualmente, la estrella más pequeña cayó en una espiral descendente hacia su compañero más grande. En el camino, la estrella más grande destrozaba la estrella más pequeña, envolviéndose en un anillo de escombros antes de tragar la estrella más pequeña por completo.

Este fue el evento violento que condujo a la formación de la Nebulosa del Anillo Azul.

La fusión lanzó una nube de desechos calientes en el espacio que fue cortada en dos por el disco de gas. Esto creó dos nubes de escombros en forma de cono, sus bases se alejan de la estrella en direcciones opuestas y se hacen más anchas a medida que viajan hacia afuera.

La base de un cono “viene” casi directamente hacia la Tierra y el otro se aleja en dirección opuesta. Son demasiado débiles para verlos solos, pero el área donde los conos se superponen (como se ve desde la Tierra) forma el anillo azul central que GALEX observó.

Fuente: NASA

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