Webb, observa las nubes espirales de polvo de las estrellas Wolf-Rayet de Apep

Fuente WEBB/NASA

El telescopio espacial James Webb de la NASA ha captado una imagen sin precedentes: una nítida imagen en el infrarrojo medio de un sistema de cuatro espirales de polvo serpentinas, una expandiéndose más allá de la siguiente con un patrón idéntico. (La cuarta espiral es casi transparente, en los bordes de la imagen de Webb). Observaciones previas solo detectaron una capa, y aunque se había planteado la hipótesis de la existencia de capas exteriores, 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, en referencia al dios egipcio del caos.

La imagen de Webb, combinada con varios años de datos del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile, permitió determinar la frecuencia con la que las dos estrellas se cruzan: una vez cada 190 años. Durante cada órbita increíblemente larga, pasan muy cerca durante 25 años y forman polvo.

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

“Observar las nuevas imágenes del Webb fue como entrar en una habitación oscura y encender la luz: todo se hizo visible”, dijo Yinuo Han, autor principal de un nuevo artículo publicado 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 fue expulsada 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 en la Universidad Macquarie de Sídney, Australia.

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

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

Cuando las dos estrellas Wolf-Rayet se aproximan y se cruzan, sus intensos vientos estelares colisionan y se mezclan, formando y expulsando grandes cantidades de polvo rico en carbono durante un cuarto de siglo. En sistemas similares, el polvo se expulsa en apenas unos meses, como las capas de polvo en Wolf-Rayet 140.

Una «escaramuza» a alta velocidad

Las estrellas Wolf-Rayet de Apep, productoras de polvo, no se mueven precisamente a paso tranquilo. Se desplazan a gran velocidad por el espacio, expulsando polvo a entre 2000 y 3000 kilómetros por segundo.

Este polvo es, además, muy denso. Su composición específica es otra razón por la que el telescopio Webb pudo observar mucho más: se compone principalmente de carbono amorfo. «Los granos de polvo de carbono conservan una temperatura más alta incluso a gran distancia de la estrella», explicó Han. Si bien estos diminutos granos de polvo se consideran calientes en el espacio, la luz que emiten es extremadamente tenue, por lo que solo puede detectarse desde el espacio con el instrumento MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio) del telescopio Webb.

Cortando polvo

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

«Me quedé asombrado al ver los cálculos actualizados reflejados en nuestras simulaciones», comentó. «Webb nos dio la prueba irrefutable de que la tercera estrella está gravitacionalmente ligada a este sistema». Los investigadores conocían la existencia de la tercera estrella desde que el VLT observó la capa más interna brillante y las estrellas en 2018, pero las observaciones de Webb permitieron desarrollar un modelo geométrico actualizado, confirmando así la conexión.

«Resolvimos varios misterios con el telescopio Webb», dijo Han. «El misterio que queda es la distancia precisa a las estrellas desde la Tierra, lo cual requerirá futuras observaciones».

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.

Finalmente, las estrellas Wolf-Rayet explotarán como supernovas, expulsando rápidamente su contenido al espacio. Cualquiera de ellas podría emitir también 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 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.

El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio espacial del mundo. Webb resuelve misterios de nuestro sistema solar, observa mundos distantes alrededor de otras estrellas y explora las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).