El telescopio Webb observa un inusual conjunto de anillos de polvo anidados en el espacio

(CNN) — Una nueva imagen captada por el telescopio espacial James Webb muestra anillos de columnas de polvo creados por las interacciones violentas entre dos estrellas.

La imagen forma parte de una nueva investigación que revela cómo la intensa luz de las estrellas puede empujar la materia en el espacio, centrándose en un sistema estelar binario situado a 5.000 años luz de la Tierra en la constelación de Cygnus.

El sistema estelar, llamado WR140, incluye una estrella Wolf-Rayet y una supergigante azul que giran una alrededor de la otra en una órbita que tarda ocho años en completarse. La supergigante azul es una estrella de tipo O, uno de los tipos de estrella más masivos conocidos. Solo algunas estrellas masivas evolucionan hacia una Wolf-Rayet cuando se acercan al final de su ciclo vital. Esta etapa dura unos cientos de miles de años.

Los astrónomos llevan dos décadas observando este sistema estelar binario desde el Observatorio W.M. Keck de Hawai.

Cada ocho años, cuando las estrellas se acercan, liberan columnas de polvo que se extienden miles de veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Los investigadores observaron las columnas para medir cómo la luz de las estrellas puede impactar en la materia para su estudio publicado este miércoles en la revista académica Nature.

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La luz puede ejercer un tipo de impulso llamado presión de radiación sobre la materia, pero es difícil de detectar en el espacio.

“Es difícil ver que la luz de las estrellas causa aceleración porque la fuerza se desvanece con la distancia, y otras fuerzas toman rápidamente el relevo”, dijo el primer autor del estudio, Yinuo Han, estudiante de doctorado en el Instituto de Astronomía de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, en un comunicado.

“Para presenciar la aceleración al nivel que se hace medible, el material tiene que estar razonablemente cerca de la estrella o la fuente de la presión de la radiación tiene que ser extra fuerte”. WR140 es una estrella binaria cuyo feroz campo de radiación sobrecarga estos efectos, poniéndolos al alcance de nuestros datos de alta precisión”.

Todas las estrellas generan su propio viento estelar, o corrientes de gas expulsadas al espacio, pero las estrellas Wolf-Rayet masivas pueden azotar los vientos en algo más parecido a un huracán estelar. Las estrellas Wolf-Rayet, en las últimas etapas de su ciclo de vida, han eliminado su capa de hidrógeno. El hidrógeno no puede formar polvo por sí mismo, pero sí otros elementos situados en el interior de una estrella, como el carbono.

El carbono se condensa en forma de polvo de hollín en el rápido remolino del viento, que brilla con luz infrarroja invisible para el ojo humano. Pero los telescopios pueden detectar esta luz cálida y brillante.

Las observaciones del equipo revelaron que las columnas de polvo se forman donde los vientos estelares de ambas estrellas gigantes chocan, creando un frente de choque en forma de cono entre las estrellas.

A medida que las estrellas atraviesan su órbita ovalada, el frente de choque también se desplaza, lo que hace que la pluma de polvo en forma de humo se desplace en espiral. Si las estrellas tuvieran una órbita circular, se formaría un remolino. En cambio, la órbita ovalada crea retrasos en la producción de polvo que hacen que las columnas de polvo se asemejen a anillos o conchas.

El resultado final se asemeja a una diana irregular o a algo que parece una telaraña.

Esta ilustración muestra el sistema estelar binario mientras crea una espiral de polvo cada ocho años. Crédito: NASA/ESA/CSA/STScI/JPL-Caltech

El telescopio Webb fue capaz de observar mucho más profundamente al sistema estelar binario que los telescopios terrestres y observó casi 20 columnas de polvo aceleradas anidadas una dentro de la otra.

“Parecía haber un patrón de difracción extraño, y me preocupaba que fuera un efecto visual creado por el brillo extremo de las estrellas”, dijo el autor del estudio Ryan Lau, investigador principal del programa de Ciencia de Liberación Temprana del Webb y astrónomo asistente en el NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencia, en un comunicado de la NASA.

“Sin embargo, en cuanto descargué los datos finales me di cuenta de que no estaba viendo un patrón de difracción, sino anillos de polvo que rodeaban a WR 140, al menos 17 de ellos”.

La revista Nature Astronomy publicó este miércoles los resultados de la observación del Webb.

“Como un mecanismo de relojería, esta estrella expulsa anillos de humo esculpidos cada ocho años, con toda esta maravillosa física escrita que luego se infla en el viento como una pancarta para que la leamos”, dijo el coautor del estudio Peter Tuthill, profesor de la Escuela de Física de la Universidad de Sydney, en un comunicado.

“Ocho años después, cuando el sistema binario vuelve a su órbita, aparece otra igual que la anterior, saliendo al espacio dentro de la burbuja de la anterior, como un conjunto de muñecas rusas gigantes anidadas”.

La producción predecible de una columna de polvo cada ocho años en el sistema estelar proporcionó a los investigadores el objetivo perfecto para estudiar la velocidad de expansión de cada espiral de polvo. En lugar de expandirse a una velocidad constante, se observó que se aceleraban.

“En cierto sentido, siempre supimos que ésta debía ser la razón del flujo de salida, pero nunca soñé que seríamos capaces de ver la física en funcionamiento de esta manera”, dijo Tuthill. “Cuando miro los datos ahora, veo la columna de WR140 desplegándose como una vela gigante hecha de polvo. Cuando atrapa el viento de fotones que sale de la estrella, como un yate que atrapa una ráfaga, da un salto repentino hacia adelante”.

La sensibilidad de Webb permitirá a los astrónomos realizar más observaciones de las estrellas Wolf-Rayet y su intrigante física en el futuro, según los autores del estudio.

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