Webb observa una única vista cósmica: 17 anillos de polvo concéntricos

Cada anillo se creó cuando las dos estrellas se acercaron y sus vientos estelares (corrientes de gas que expulsan al espacio) se encontraron, comprimiendo el gas y formando polvo. Las órbitas de las estrellas los unen aproximadamente una vez cada ocho años; como el crecimiento de los anillos del tronco de un árbol, los bucles de polvo marcan el paso del tiempo.

“Estamos viendo más de un siglo de producción de polvo de este sistema”, dijo Ryan Lau, astrónomo de NOIRLab de NSF y autor principal de un nuevo estudio sobre el sistema, publicado en la revista Nature Astronomy. “La imagen también ilustra lo sensible que es este telescopio. Antes, solo podíamos ver dos anillos de polvo, utilizando telescopios terrestres. Ahora vemos al menos 17 de ellos”.

Además de la sensibilidad general de Webb, su instrumento de infrarrojo medio (MIRI) está especialmente calificado para estudiar los anillos de polvo, o lo que Lau y sus colegas llaman caparazones, porque son más gruesos y anchos de lo que parecen en la imagen. Los instrumentos científicos de Webb detectan luz infrarroja, un rango de longitudes de onda invisible para el ojo humano. MIRI detecta las longitudes de onda infrarrojas más largas, lo que significa que a menudo puede ver objetos más fríos, incluidos los anillos de polvo, que los otros instrumentos de Webb. El espectrómetro de MIRI también reveló la composición del polvo, formado principalmente por material expulsado por un tipo de estrella conocida como estrella Wolf-Rayet.

Una estrella Wolf-Rayet es una estrella de tipo O, nacida con al menos 25 veces más masa que nuestro Sol, que se acerca al final de su vida, cuando probablemente colapsará y formará un agujero negro. Ardiendo más que en su juventud, una estrella Wolf-Rayet genera poderosos vientos que empujan enormes cantidades de gas al espacio. La estrella Wolf-Rayet de este par en particular puede haber perdido más de la mitad de su masa original a través de este proceso.

Formando polvo en el viento

Transformar gas en polvo es algo así como convertir harina en pan: requiere condiciones e ingredientes específicos. El elemento más común que se encuentra en las estrellas, el hidrógeno, no puede formar polvo por sí solo. Pero debido a que las estrellas Wolf-Rayet arrojan tanta masa, también expulsan elementos más complejos que normalmente se encuentran en el interior de una estrella, incluido el carbono. Los elementos pesados del viento se enfrían a medida que viajan por el espacio y luego se comprimen donde se encuentran los vientos de ambas estrellas, como cuando dos manos amasan la masa.

Algunos otros sistemas Wolf-Rayet forman polvo, pero se sabe que ninguno produce anillos como lo hace Wolf-Rayet 140. El patrón de anillo único se forma porque la órbita de la estrella Wolf-Rayet en WR 140 es alargada, no circular. Solo cuando las estrellas se acercan, aproximadamente a la misma distancia entre la Tierra y el Sol, y sus vientos chocan, el gas está bajo suficiente presión para formar polvo. Con órbitas circulares, las binarias Wolf-Rayet pueden producir polvo continuamente.

Lau y sus coautores creen que los vientos de WR 140 también limpiaron el área circundante de material residual con el que de otro modo podrían chocar, lo que puede ser la razón por la cual los anillos permanecen tan prístinos en lugar de manchados o dispersos. Es probable que haya incluso más anillos que se han vuelto tan débiles y dispersos que ni siquiera Webb puede verlos en los datos.

Las estrellas Wolf-Rayet pueden parecer exóticas en comparación con nuestro Sol, pero es posible que hayan desempeñado un papel en la formación de estrellas y planetas. Cuando una estrella Wolf-Rayet despeja un área, el material arrastrado puede acumularse en las afueras y volverse lo suficientemente denso como para que se formen nuevas estrellas. Hay alguna evidencia de que el Sol se formó en tal escenario.

Utilizando datos del modo de espectroscopia de resolución media de MIRI, el nuevo estudio proporciona la mejor evidencia hasta el momento de que las estrellas Wolf-Rayet producen moléculas de polvo ricas en carbono. Además, la conservación de las capas de polvo indica que este polvo puede sobrevivir en el entorno hostil entre las estrellas, proporcionando material para futuras estrellas y planetas.

El problema es que, si bien los astrónomos estiman que debería haber al menos unos pocos miles de estrellas Wolf-Rayet en nuestra galaxia, hasta la fecha solo se han encontrado unas 600.

"Aunque las estrellas Wolf-Rayet son raras en nuestra galaxia porque tienen una vida corta en lo que respecta a las estrellas, es posible que hayan estado produciendo mucho polvo a lo largo de la historia de la galaxia antes de explotar y/o formar agujeros negros". dijo Patrick Morris, astrofísico de Caltech en Pasadena, California, y coautor del nuevo estudio. “Creo que con el nuevo telescopio espacial de la NASA aprenderemos mucho más sobre cómo estas estrellas dan forma al material entre las estrellas y desencadenan la formación de nuevas estrellas en las galaxias”.

12 octubre 2022

La NASA en Español