Extraordinario fenómeno espacial es captado por el James Webb

El universo está lleno de maravillas y el ojo infrarrojo del telescopio espacial James Webb acaba de mostrarnos una de ellas.

WR 140. Crédito: JWST/MIRI/Judy Schmidt.

Imagina dejar caer una gema brillante en un estanque oscuro y tal vez podrías acercarte a la extraordinaria vista de lo que sucede en este sistema binario ubicado a 5.600 años luz. Y si bien los picos de difracción que se ven en la imagen no son «reales», los anillos concéntricos sí lo son, y hay una explicación maravillosa y fascinante para ellos.

Las dos estrellas que conforman el sistema se ubican en la constelación de Cygnus, y sus interacciones producen erupciones periódicas precisas de polvo que con el tiempo se expanden en capas en el espacio a su alrededor. Estas capas de polvo brillan en el infrarrojo, lo que ha permitido que un instrumento tan sensible como el MIRI de Webb las resuelva con exquisito detalle.

El par es lo que se conoce como un binario de viento en colisión, que consiste en una estrella Wolf-Rayet extremadamente rara, llamada WR 140, y una estrella compañera caliente y masiva de tipo O —otro objeto raro—.

Well that’s bonkers ?

The six-pointed blue structure is an artefact due to optical diffraction from the bright star WR140 in this #JWST MIRI image.

But red curvy-yet-boxy stuff is real, a series of shells around WR140.

Actually in space. Around a star.

HT @spacegeck ? https://t.co/6TLjfErL37

— Mark McCaughrean (@markmccaughrean) August 29, 2022

Las estrellas Wolf-Rayet son muy calientes, muy luminosas y muy viejas; al final de su vida útil de la secuencia principal. Están significativamente empobrecidas en hidrógeno, son ricas en nitrógeno o carbono y pierden masa a un ritmo muy alto.

Por el otro lado, las estrellas de tipo O se encuentran entre las estrellas más masivas conocidas, también muy calientes y brillantes; debido a que son tan masivas, su vida útil es increíblemente breve.

Ambas estrellas en el sistema WR 140 tienen vientos estelares rápidos, que soplan hacia el espacio a unos 3.000 kilómetros por segundo. Por lo tanto, ambas están perdiendo masa a un ritmo bastante vertiginoso.

Choque de vientos

Hasta aquí todo normal, pero donde se pone interesante es en su órbita, que es elíptica. Esto significa que las estrellas no describen círculos bonitos y nítidos entre sí, sino óvalos, con un punto en el que están más alejadas entre sí (apastron) y un punto en el que están más cerca entre sí (periastron).

Cuando las dos estrellas ingresan al periastro —una distancia aproximadamente un tercio mayor que la distancia entre la Tierra y el Sol—, se acercan lo suficiente como para que sus poderosos vientos choquen.

Esto produce colisiones en el material alrededor de las estrellas, acelerando partículas y generando radiación energética, como los rayos X. El encuentro de estos vientos también induce episodios de formación de polvo a medida que se enfría el material involucrado. Tal proceso se puede ver en la animación a continuación, que muestra cómo se vería el sistema de arriba hacia abajo.

El polvo es una forma de carbono que absorbe la luz ultravioleta de las dos estrellas. Esto calienta el polvo, lo que hace que vuelva a emitir radiación térmica, que es lo que Webb observa en longitudes de onda infrarrojas.

Luego, el polvo es expulsado por el viento estelar, lo que da como resultado la expansión de las capas de polvo parciales. Se expanden y se enfrían a medida que son expulsadas, perdiendo calor y densidad.

Contando anillos

Lo que estás viendo en la imagen de Webb es un poco como una serie de burbujas; el borde de cada capa de polvo es más visible porque estás viendo una concentración más densa de material debido a la perspectiva.

Debido a que la órbita de la estrella binaria tiene un período de 7.94 años, la colisión del viento y la producción de polvo ocurren como un reloj cada 7.94 años. Esto significa que puedes contar los anillos de la nebulosa alrededor del binario —como los anillos de los árboles— para determinar la edad de la capa de polvo visible más externa.

Se ven alrededor de 20 anillos, lo que significa que puede ver alrededor de 160 años de capas de polvo en la imagen de Webb. El periastro WR 140 más reciente se observó en 2016.

La observación de Webb de WR 140 fue solicitada por un equipo dirigido por el astrofísico Ryan Lau del Instituto de Ciencias Espaciales y Astronáuticas de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón. Están preparando un artículo sobre las observaciones, por lo que es posible que estemos a punto de descubrir algo nuevo sobre esta fascinante y loca estrella.

Fuente: IFL/SciAl. Edición: MP.