El telescopio espacial James Webb es el primero en mostrar cuatro capas de polvo en espiral de un sistema celeste único

La imagen infrarroja tomada por el telescopio espacial James Webb muestra por primera vez cuatro capas de polvo enrolladas alrededor de un par de estrellas Wolf-Rayet, conocidas como Apep. Observaciones previas realizadas con otros telescopios solo mostraron una. Los datos del Webb también confirmaron que hay tres estrellas unidas gravitacionalmente.

Un sistema "polvoriento" en capas con estrellas

El telescopio espacial James Webb de la NASA ha proporcionado una imagen nítida en el infrarrojo medio de un sistema de cuatro espirales serpenteantes de polvo, una expandiéndose sobre la siguiente siguiendo exactamente el mismo patrón. (La cuarta es casi transparente, en los bordes de la imagen del Webb). Las observaciones anteriores al Webb solo detectaron una capa, y aunque se planteó la hipótesis de la existencia de capas externas, las búsquedas con telescopios terrestres no lograron descubrir ninguna. Estas capas fueron emitidas durante los últimos 700 años por dos estrellas Wolf-Rayet envejecidas en un sistema conocido como Apep , un guiño al dios egipcio del caos.

La imagen del Webb, combinada con varios años de datos del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral en Chile, permitió determinar con precisión la frecuencia con la que ambos orbitan: una vez cada 190 años. En cada órbita increíblemente larga, pasan cerca durante 25 años y forman polvo.

Webb también confirmó que hay tres estrellas unidas gravitacionalmente en este sistema. El polvo expulsado por las dos estrellas Wolf-Rayet es "cortado" por una tercera estrella, una supergigante masiva, que excava agujeros en cada nube de polvo en expansión desde su órbita más amplia. (Las tres estrellas se muestran como un único punto brillante de luz en la imagen de Webb).

Imagen A: Wolf-Rayet Apep (Imagen MIRI)

“Observar las nuevas observaciones del Webb fue como entrar en una habitación oscura y encender la luz: todo aparecía a la vista”, afirmó Yinuo Han, autor principal de un nuevo artículo en The Astrophysical Journal e investigador postdoctoral en Caltech en Pasadena, California. “Hay polvo por todas partes en la imagen del Webb, y el telescopio muestra que la mayor parte se desprendió en estructuras repetitivas y predecibles”. El artículo de Han coincide con la publicación del artículo de Ryan White en The Astrophysical Journal, estudiante de doctorado de la Universidad Macquarie en Sídney, Australia.

Han, White y sus coautores refinaron la órbita de las estrellas Wolf-Rayet combinando mediciones precisas de la ubicación de los anillos a partir de la imagen de Webb con la velocidad de expansión de las capas a partir de observaciones tomadas por el VLT durante ocho años.

“Este es un sistema único con un período orbital increíblemente inusual”, dijo White. “La siguiente órbita más larga para un sistema binario Wolf-Rayet polvoriento es de unos 30 años. La mayoría tiene órbitas de entre dos y diez años”.

'Escaramuza' de alta velocidad

Las estrellas Wolf-Rayet productoras de polvo en Apep no se encuentran precisamente en un viaje tranquilo. Se desplazan por el espacio y emiten polvo a una velocidad de entre 2000 y 3000 kilómetros por segundo.

Ese polvo también es muy denso. Su composición específica es otra razón por la que el Webb pudo observar mucho más: se compone principalmente de carbono amorfo. «Los granos de polvo de carbono conservan una temperatura más alta incluso al alejarse de la estrella», afirmó Han. Si bien estos granos de polvo, excepcionalmente diminutos, se consideran cálidos en el espacio, la luz que emiten también es extremadamente tenue, por lo que solo puede detectarse desde el espacio mediante el MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio) del Webb.

Polvo de corte

Para encontrar los agujeros que la tercera estrella ha cortado como un cuchillo en el polvo, busque el punto central de luz y trace una V desde aproximadamente las 10 hasta las 2 en punto. «La cavidad está más o menos en el mismo lugar en cada caparazón y parece un embudo», dijo White.

“Me quedé impactado al ver cómo los cálculos actualizados se reflejaban en nuestras simulaciones”, dijo. “Webb nos dio la prueba irrefutable de que la tercera estrella está ligada gravitacionalmente a este sistema”. Los investigadores conocían la existencia de la tercera estrella desde que el VLT observó la capa más interna y brillante y las estrellas en 2018, pero las observaciones de Webb dieron lugar a un modelo geométrico actualizado, confirmando la conexión. (Vea el sistema en 3D en la visualización a continuación).

Esta visualización científica modela en 3D el aspecto de tres de las cuatro capas de polvo emitidas por dos estrellas Wolf-Rayet en el sistema Apep, basándose en observaciones en el infrarrojo medio del Telescopio Espacial James Webb de la NASA.

El futuro de Apep

Las dos estrellas Wolf-Rayet eran inicialmente más masivas que su compañera supergigante, pero han perdido la mayor parte de su masa. Es probable que ambas estrellas Wolf-Rayet tengan entre 10 y 20 veces la masa del Sol, y que la supergigante sea entre 40 y 50 veces más masiva que el Sol.

Finalmente, las estrellas Wolf-Rayet explotarán como supernovas, enviando rápidamente su contenido al espacio. Cualquiera de ellas también podría emitir un estallido de rayos gamma, uno de los eventos más potentes del universo, antes de posiblemente convertirse en un agujero negro.

Las estrellas Wolf-Rayet son increíblemente raras en el universo. Se estima que solo existen mil en nuestra galaxia, la Vía Láctea, que contiene cientos de miles de millones de estrellas en total. De los pocos cientos de sistemas binarios Wolf-Rayet observados hasta la fecha, Apep es el único ejemplo que contiene dos estrellas Wolf-Rayet de este tipo en nuestra galaxia; la mayoría solo tiene una.

Fuente: NASA