Webb descubre una estrella fallida tan pequeña que desconcierta a los astrónomos

Es tan pequeña que ha hecho dudar a los astrónomos si podría tratarse en realidad de un planeta gigante.

Cúmulo estelar IC 348 (NIRCam).

Las enanas marrones son objetos que se encuentran entre la línea divisoria de las estrellas y los planetas. Se forman como estrellas, volviéndose lo suficientemente densas como para colapsar bajo su propia gravedad, pero nunca llegan a ser lo bastante densas y calientes como para empezar a fusionar hidrógeno y convertirse en una. En el extremo más bajo de la escala, algunas enanas marrones son comparables con planetas gigantes.

Ahora, con el propósito de determinar el objeto más pequeño capaz de formarse de manera análoga a una estrella, un equipo internacional aprovechó el telescopio espacial James Webb, logrando identificar un nuevo récord: una diminuta enana marrón errante con apenas tres o cuatro veces la masa de Júpiter.

«Una pregunta básica que encontrarás en todos los libros de astronomía es: ¿cuáles son las estrellas más pequeñas? Eso es lo que intentamos responder», explicó el autor principal, Kevin Luhman, de la Universidad Estatal de Pensilvania.

Para ubicar esta nueva enana marrón, Luhman y su colega, Catarina Alves de Oliveira, optaron por estudiar el cúmulo estelar IC 348, situado a unos 1000 años luz en la región de formación estelar de Perseo. Este cúmulo es joven, tiene solo unos cinco millones de años. Como resultado, cualquier enana marrón seguiría siendo relativamente brillante en luz infrarroja, brillando por el calor de su formación.

El equipo primero capturó imágenes del centro del cúmulo utilizando la NIRCam (Cámara de Luz Infrarroja Cercana) de Webb para identificar posibles candidatas a enanas marrones según su brillo y colores. Luego, siguieron los objetivos más prometedores utilizando el conjunto de micro-aberturas NIRSpec (Espectrógrafo de Luz Infrarroja Cercana) del telescopio.

Desafío teórico

La sensibilidad infrarroja de Webb fue crucial, permitiendo al equipo detectar objetos más tenues que los telescopios terrestres. Además, su aguda visión les permitió determinar qué objetos rojos eran enanas marrones y cuáles eran galaxias difusas en segundo plano.

Este proceso de selección llevó a tres objetivos intrigantes con masas entre tres y ocho veces la de Júpiter, con temperaturas superficiales que oscilaban entre 830 y 1500 grados Celsius. Según los modelos informáticos, la más pequeña de ellas tiene apenas tres o cuatro veces la masa de Júpiter.

Explicar cómo podría formarse una enana marrón tan pequeña es un desafío teórico. Una densa y pesada nube de gas tiene suficiente gravedad para colapsar y formar una estrella. Sin embargo, debido a su gravedad más débil, debería ser más difícil que una nube pequeña colapse para formar una enana marrón, y eso es especialmente cierto para enanas marrones con masas de planetas gigantes.

«Es bastante fácil que los modelos actuales formen planetas gigantes en un disco alrededor de una estrella», dijo Catarina Alves de Oliveira de la ESA, investigadora principal del programa de observación. «Pero en este cúmulo, sería poco probable que este objeto se formara en un disco, en lugar de eso, se formaría como una estrella, y tres veces la masa de Júpiter son 300 veces más pequeñas que nuestro Sol. Entonces tenemos que preguntarnos, ¿cómo opera el proceso de formación estelar en masas tan, pero tan pequeñas?»

¿Un planeta gigante y errante?

Además de ofrecer pistas sobre el proceso de formación estelar, las enanas marrones diminutas también pueden ayudar a los astrónomos a comprender mejor los exoplanetas. Al ser menos masivas, se superponen con los exoplanetas más grandes; por lo tanto, se esperaría que tuvieran algunas propiedades similares. No obstante, una enana marrón deambulante es más fácil de estudiar que un gigantesco exoplaneta, ya que este último está oculto dentro del resplandor de su estrella anfitriona.

Dos de las enanas marrones identificadas en este estudio muestran la firma espectral de un hidrocarburo no identificado, una molécula que contiene átomos de hidrógeno y carbono. La misma firma infrarroja fue detectada por la misión Cassini de la NASA en las atmósferas de Saturno y su luna Titán. También se ha observado en el medio interestelar —el gas entre estrellas—.

Los tres enanas marrones observadas por el Webb y sus ubicaciones en IC 348. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, y K. Luhman (Universidad Estatal de Pensilvania) y C. Alves de Oliveira (ESA).

«Esta es la primera vez que detectamos esta molécula en la atmósfera de un objeto fuera de nuestro sistema solar», explicó Alves de Oliveira. «Los modelos para las atmósferas de enanas marrones no predicen su existencia. Estamos observando objetos con edades más jóvenes y masas más bajas de lo que nunca hemos hecho antes, y estamos viendo algo nuevo e inesperado».

Dado que los objetos se encuentran bien dentro del rango de masas de los planetas gigantes, surge la pregunta de si son realmente enanas marrones o, de hecho, planetas errantes que fueron expulsados de sistemas planetarios. Si bien el equipo no puede descartar lo último, argumentan que es mucho más probable que sean enanas marrones que planetas expulsados.

Una imagen de IC 348 obtenida previamente por el Hubble. Crédito: NASA, ESA, J. Muzerolle/STScI, E. Furlan/NOAO and Caltech, K. Flaherty/UA, Z. Balog/MPIA, and R. Gutermuth/UMass.

Un planeta gigante expulsado es poco probable por dos razones. En primer lugar, tales planetas son poco comunes —en general— en comparación con los planetas de masas más pequeñas. En segundo lugar, la mayoría de las estrellas son estrellas de baja masa, y los planetas gigantes son especialmente raros entre esas estrellas. Por lo tanto, es poco probable que la mayoría de las estrellas en IC 348 (que son estrellas de baja masa) sean capaces de producir planetas tan masivos. Además, dado que el cúmulo tiene solo cinco millones de años, probablemente no ha pasado el tiempo suficiente para que los planetas gigantes se formen y luego sean expulsados de sus sistemas.

El descubrimiento de más objetos similares ayudará a esclarecer su estado. Las teorías sugieren que los planetas errantes son más probables de encontrarse en las afueras de un cúmulo estelar, por lo que ampliar el área de búsqueda podría identificarlos si existen dentro de IC 348.

El trabajo futuro también puede incluir sondeos más extensos que puedan detectar objetos más tenues y pequeños.

Fuente: ESA. Edición: MP.