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 del Webb).
Las observaciones previas al Webb 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 del Webb, combinada con varios años de datos del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile, permitió determinar con mayor precisión la frecuencia con la que las dos estrellas se encuentran: una vez cada 190 años. Durante cada órbita increíblemente larga, pasan muy cerca durante 25 años y forman polvo.
El 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 huecos 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).
Investigadores descubren nuevos detalles sobre Apep
«Observar las nuevas imágenes de 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 de Webb, y el telescopio muestra que la mayor parte fue expulsada en estructuras repetitivas y predecibles».
El artículo de Han coincide con la publicación de otro artículo en The Astrophysical Journal de Ryan White, 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 del anillo, obtenidas a partir de la imagen del telescopio Webb, con la velocidad de expansión de las envolturas, según observaciones realizadas por el VLT durante ocho años.
«Este es un sistema único con un período orbital increíblemente raro», dijo White. «La siguiente órbita más larga para un sistema binario Wolf-Rayet con polvo es de aproximadamente 30 años. La mayoría tienen órbitas de entre dos y diez años».
Cómo las estrellas crean y dan forma al polvo
Cuando las dos estrellas Wolf-Rayet se acercan y se cruzan, sus fuertes vientos estelares chocan 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 envolturas en Wolf-Rayet 140.
Las estrellas Wolf-Rayet productoras de polvo en Apep no se encuentran precisamente en un viaje tranquilo. Se desplazan a gran velocidad por el espacio, expulsando polvo a entre 1200 y 2000 millas por segundo (2000 y 3000 kilómetros por segundo).
Este polvo es 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 de Infrarrojo Medio (MIRI) del Webb.
La dramática influencia de la tercera estrella
Para encontrar los agujeros que la tercera estrella ha abierto en el polvo, busque el punto central de luz y trace una forma de V desde aproximadamente las 10 hasta las 2. «La cavidad se encuentra más o menos en el mismo lugar en cada capa y tiene forma de embudo», indicó White.
«Me quedé atónito al ver los cálculos actualizados reflejados en nuestras simulaciones», afirmó. «Webb nos proporcionó 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 interna más brillante y las estrellas en 2018, pero las observaciones de Webb permitieron desarrollar un modelo geométrico actualizado que confirmó la conexión. (Vea el sistema en 3D en la visualización a continuación).
«Resolvimos varios misterios con 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 las raras estrellas 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 tenga entre 40 y 50 veces la masa del Sol.
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 pocos cientos de sistemas binarios Wolf-Rayet que se han observado 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.
Con información de The Astrophysical Journal
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