Webb identifica la enana marrón más pequeña que flota libremente

A las enanas marrones a veces se les llama estrellas fallidas, ya que se forman como estrellas mediante un colapso gravitacional, pero nunca ganan suficiente masa para iniciar una fusión nuclear. Las enanas marrones más pequeñas pueden superponerse en masa a los planetas gigantes. En una búsqueda para encontrar la enana marrón más pequeña, los astrónomos utilizando el Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA han encontrado el nuevo poseedor del récord: un objeto que pesa sólo tres o cuatro veces la masa de Júpiter.

Las enanas marrones son objetos que se encuentran a ambos lados de la línea divisoria entre estrellas y planetas. Se forman como estrellas y se vuelven lo suficientemente densas como para colapsar bajo su propia gravedad, pero nunca se vuelven lo suficientemente densas y calientes como para comenzar a fusionar hidrógeno y convertirse en una estrella. En el extremo inferior de la escala, algunas enanas marrones son comparables con planetas gigantes, y pesan sólo unas pocas veces la masa de Júpiter.

Los astrónomos están tratando de determinar cuál es el objeto más pequeño que puede formarse en forma de estrella. Un equipo internacional que utiliza el telescopio espacial James Webb de NASA/ESA/CSA ha identificado al nuevo poseedor del récord: una pequeña enana marrón que flota libremente y que tiene sólo tres o cuatro veces la masa de Júpiter.

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

Para localizar esta enana marrón recién descubierta, Luhman y su colega, Catarina Alves de Oliveira, optaron por estudiar el cúmulo estelar IC 348, situado a unos 1.000 años luz de distancia, en la región de formación estelar de Perseo. Este grupo es joven, tiene sólo 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 tomó imágenes del centro del cúmulo utilizando la NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) de Webb para identificar candidatas a enanas marrones por su brillo y colores. Hicieron un seguimiento de los objetivos más prometedores utilizando el conjunto de microobturadores NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) de Webb.

La sensibilidad infrarroja de Webb fue crucial, ya que permitió al equipo detectar objetos más débiles que los telescopios terrestres. Además, la aguda visión de Webb les permitió determinar qué objetos rojos eran enanas marrones puntuales y cuáles eran galaxias de fondo con burbujas.

Este proceso de selección condujo a tres objetivos intrigantes que pesan entre tres y ocho masas de Júpiter, con temperaturas superficiales que oscilan entre 830 y 1.500 grados Celsius. El más pequeño de ellos pesa sólo tres o cuatro veces más que Júpiter, según modelos informáticos.

Explicar cómo se pudo formar una enana marrón tan pequeña es un desafío teórico. Una pesada y densa 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 las enanas marrones con masas de planetas gigantes.

«Para los modelos actuales es bastante fácil formar 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, sino que se formara como una estrella, y Júpiter tiene tres masas 300 veces más pequeñas que nuestro Sol. Entonces tenemos que preguntarnos, ¿cómo funciona el proceso de formación de estrellas en masas tan, muy pequeñas?»

Además de proporcionar pistas sobre el proceso de formación de estrellas, las diminutas enanas marrones también pueden ayudar a los astrónomos a comprender mejor los exoplanetas. Las enanas marrones menos masivas se superponen con los exoplanetas más grandes; por lo tanto, se esperaría que tuvieran propiedades similares. Sin embargo, una enana marrón que flota libremente es más fácil de estudiar que un exoplaneta gigante, ya que este último está oculto tras el 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 visto en el medio interestelar, el gas entre las estrellas.

«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 de atmósferas de enanas marrones no predicen su existencia. Estamos observando objetos con edades más jóvenes y masas más bajas que nunca antes, y estamos viendo algo nuevo e inesperado».

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

Es poco probable que se produzca un planeta gigante expulsado por dos razones. En primer lugar, estos planetas son poco comunes en general en comparación con planetas con 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. Como resultado, 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 sólo cinco millones de años, probablemente no ha habido tiempo suficiente para que se formaran planetas gigantes y luego fueran expulsados de sus sistemas.

El descubrimiento de más objetos de este tipo ayudará a aclarar su estado. Las teorías sugieren que es más probable que se encuentren planetas rebeldes en las afueras de un cúmulo de estrellas, por lo que ampliar el área de búsqueda podría identificarlos si existen dentro de IC 348.

El trabajo futuro también puede incluir estudios más largos que puedan detectar objetos más débiles y más pequeños. Se esperaba que el breve estudio realizado por el equipo detectara objetos tan pequeños como el doble de la masa de Júpiter. Estudios más largos podrían alcanzar fácilmente una masa de Júpiter.

Estas observaciones se tomaron como parte del programa de Observación de Tiempo Garantizado #1229. Los resultados fueron publicados en The Astronomical Journal.

Con información de The Astronomical Journal