Hubble proporciona una visión holística de las estrellas desaparecidas.

Como motores de fusión nuclear, la mayoría de las estrellas viven plácidamente desde cientos de millones hasta miles de millones de años. Pero cerca del final de sus vidas pueden convertirse en molinetes locos, hinchando conchas y chorros de gas caliente. Los astrónomos han empleado la gama completa de capacidades de imágenes de Hubble para diseccionar esos fuegos artificiales locos que ocurren en dos nebulosas planetarias jóvenes cercanas. NGC 6303 se llama la Nebulosa de la Mariposa debido a su apariencia de ala. Además, NGC 7027 se asemeja a un insecto joya, un insecto con una concha metálica de colores brillantes.

Los investigadores han encontrado niveles de complejidad sin precedentes y cambios rápidos en los chorros y las burbujas de gas que salen de las estrellas en los centros de ambas nebulosas. Hubble está permitiendo que los investigadores converjan en una comprensión de los mecanismos subyacentes al caos.

“Cuando miré en el archivo del Hubble y me di cuenta de que nadie había observado estas nebulosas con la cámara de campo amplio Hubble 3 en todo su rango de longitud de onda, me quedé en el suelo”, dijo Joel Kastner, del Instituto de Tecnología de Rochester, Rochester, Nueva York, líder del nuevo estudio “Estas nuevas observaciones de Hubble de longitud de onda múltiple proporcionan la vista más completa hasta la fecha de estas dos nebulosas espectaculares. Mientras descargaba las imágenes resultantes, me sentí como un niño en una tienda de golosinas”.

Al examinar este par de nebulosas con las capacidades pancromáticas completas de Hubble, haciendo observaciones en luz casi ultravioleta a infrarroja cercana, el equipo ha tenido varios momentos “ajá”. En particular, las nuevas imágenes del Hubble revelan con vívido detalle cómo ambas nebulosas se están separando en escalas de tiempo extremadamente cortas, lo que permite a los astrónomos ver los cambios en las últimas dos décadas. Algunos de estos cambios rápidos pueden ser prueba indirecta de una estrella que se fusiona con su estrella compañera.

“La nebulosa NGC 7027 muestra emisiones a un número increíblemente grande de diferentes longitudes de onda, cada una de las cuales resalta no solo un elemento químico específico en la nebulosa, sino también los cambios significativos y continuos en su estructura”, dijo Kastner. El equipo de investigación también observó la Nebulosa de la Mariposa, que es una contraparte de la nebulosa del “insecto de la joya”: Ambas se encuentran entre las nebulosas planetarias más polvorientas conocidas y ambas también contienen masas de gas inusualmente grandes porque están recién formadas. Esto los convierte en un par muy interesante para estudiar en paralelo, dicen los investigadores.

Las amplias vistas de longitud de onda múltiple de Hubble de cada nebulosa están ayudando a los investigadores a rastrear las historias de ondas de choque de las nebulosas. Tales choques normalmente se generan cuando nuevos vientos estelares muy rápidos golpean y barren más lentamente expandiendo el gas y el polvo expulsado por la estrella en su pasado reciente, generando cavidades en forma de burbujas con límites bien definidos.

Los investigadores sospechan que en el corazón de ambas nebulosas hay, o hubo, dos estrellas dando vueltas entre sí como un par de patinadores artísticos. La evidencia de un “dúo dinámico” tan central proviene de las formas extrañas de estas nebulosas. Cada uno tiene una cintura pellizcada y polvorienta y lóbulos polares o salidas, así como otros patrones simétricos más complejos.

Una teoría líder para la generación de tales estructuras en las nebulosas planetarias es que la estrella que pierde masa es una de las dos estrellas en un sistema binario. Las dos estrellas orbitan entre sí lo suficientemente cerca como para que eventualmente interactúen, produciendo un disco de gas alrededor de una o ambas estrellas. El disco es la fuente de material de salida dirigido en direcciones opuestas desde la estrella central.

Del mismo modo, la estrella más pequeña de la pareja puede fusionarse con su compañero estelar hinchado y de evolución más rápida. Esto también puede crear chorros de material de salida que podrían tambalearse con el tiempo. Esto crea un patrón simétrico, tal vez como el que le da a NGC 6302 su apodo de “mariposa”. Tales salidas se ven comúnmente en las nebulosas planetarias.

“Las presuntas estrellas compañeras en NGC 6302 y NGC 7027 no han sido detectadas directamente porque están al lado de, o quizás ya han sido tragadas por, estrellas gigantes rojas más grandes, un tipo de estrella que es cientos o miles de veces más brillante que el Sol “, dijo el miembro del equipo Bruce Balick, de la Universidad de Washington en Seattle. “La hipótesis de la fusión de estrellas parece la mejor y más simple explicación de las características observadas en las nebulosas planetarias más activas y simétricas. Es un concepto unificador poderoso, hasta ahora sin rival”.

Nebulosa de la Mariposa

Imagine un aspersor de césped girando salvajemente, arrojando dos corrientes en forma de S. Al principio parece caótico, pero si observa por un tiempo, puede rastrear sus patrones. La misma forma de S está presente en la Nebulosa de la Mariposa, excepto que en este caso no es agua en el aire, sino gas que una estrella expulsa a gran velocidad. Y la “S” solo aparece cuando es capturada por el filtro de la cámara Hubble que registra la emisión infrarroja cercana de átomos de hierro ionizados individualmente.

“La forma de S en la emisión de hierro de la Nebulosa de la Mariposa es una verdadera revelación”, dijo Kastner. La forma de S rastrea directamente las expulsiones más recientes de la región central, ya que las colisiones dentro de la nebulosa son particularmente violentas en estas regiones específicas de NGC 6302. “Esta emisión de hierro es un rastreador sensible de colisiones energéticas entre vientos más lentos y vientos rápidos de las estrellas “, explicó Balick. “Se observa comúnmente en restos de supernovas y núcleos galácticos activos, y chorros de salida de estrellas recién nacidas, pero rara vez se ve en las nebulosas planetarias”.

“El hecho de que la emisión de hierro solo se muestre a lo largo de estas direcciones opuestas y descentradas implica que la fuente de los flujos rápidos se tambalea con el tiempo, como una peonza que está a punto de caer”, agregó Kastner. “Esa es otra señal reveladora de la presencia de un disco, que dirige el flujo, y también un compañero binario”.


Hubble fue recientemente reentrenado en NGC 6302, conocida como la “Nebulosa Mariposa”, para observarla a través de un espectro de luz más completo, desde el ultravioleta  al infrarrojo, ayudando a los investigadores a comprender mejor la mecánica en funcionamiento en sus “alas” de gas. Las observaciones resaltan un nuevo patrón de emisión infrarroja cercana del hierro ionizado individualmente, que traza una forma de S desde la parte inferior izquierda a la superior derecha. Es probable que esta emisión de hierro rastree las expulsiones de gas más recientes del sistema estelar central, que se mueven a velocidades mucho más rápidas que la masa expulsada anteriormente. La estrella o estrellas en su centro son responsables de la apariencia de la nebulosa. En su agonía, han arrojado capas de gas periódicamente durante los últimos dos mil años. Las “alas” de NGC 6302 son regiones de gas calentado a más de 20.000 grados Celsius que están desgarrando el espacio a más de 900.000 kilómetros por hora. NGC 6302 se encuentra entre 2.500 y 3.800 años luz de distancia en la constelación Scorpius.
Créditos: NASA, ESA y J. Kastner (RIT).
La Nebulosa del Insecto Joya

La masa de la nebulosa planetaria NGC 7027 estuvo hinchándose lentamente en patrones silenciosos, esféricamente simétricos o tal vez espirales durante siglos, hasta hace relativamente poco. “En algunos aspectos, los cambios dentro de esta nebulosa son aún más dramáticos que los de la mariposa”, dijo Kastner. “Recientemente, algo se volvió loco en el centro, produciendo un nuevo patrón de hoja de trébol, con balas de material disparadas en direcciones específicas”.

Las nuevas imágenes del equipo de investigación de NGC 7027 muestran emisiones de hierro ionizado que se asemeja mucho a las observaciones realizadas por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA en 2000 y 2014 como parte de una investigación anterior de Kastner, miembro del equipo Rodolfo Montez Jr. del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, y colaboradores. La emisión de hierro rastrea los flujos orientados de sureste a noroeste que también producen los choques emisores de rayos X fotografiados por Chandra. “Tenemos la sospecha de que esta nebulosa es un gran ejemplo de lo que sucede cuando una estrella gigante roja se traga abruptamente a un compañero”, dijo Montez Jr.


Recientemente, la estrella central de NGC 7027 fue identificada en una nueva longitud de onda de luz, casi ultravioleta, por primera vez mediante el uso de las capacidades únicas de Hubble. Las observaciones casi ultravioletas ayudarán a revelar cuánto polvo oscurece la estrella y qué tan caliente es realmente la estrella. Este objeto, que se asemeja a un insecto de joya colorido, es una región visiblemente difusa de gas y polvo que puede ser el resultado de eyecciones al orbitar de cerca estrellas binarias que primero desprendieron material lentamente durante miles de años, y luego entraron en una fase de más eyecciones masivas violentas y altamente dirigidas. Hubble observó por primera vez esta nebulosa planetaria en 1998. Al comparar las observaciones antiguas y nuevas de Hubble, los investigadores ahora tienen oportunidades adicionales para estudiar el objeto a medida que cambia con el tiempo. Las nebulosas planetarias son capas expansivas de gas creadas por estrellas moribundas que están desprendiendo sus capas externas. Cuando las nuevas expulsiones encuentran expulsiones más antiguas, las colisiones energéticas resultantes dan forma a la nebulosa. Los mecanismos subyacentes a tales secuencias de expulsión masiva estelar están lejos de ser completamente entendidos, pero los investigadores teorizan que los compañeros binarios de las estrellas centrales y moribundas juegan un papel esencial en su formación. NGC 7027 está aproximadamente a 3.000 años luz de distancia en la constelación Cygnus.
Créditos: NASA, ESA y J. Kastner (RIT).

El equipo de investigación también incluye Ph.D. los estudiantes Jesse Bublitz y Paula Moraga del Instituto de Tecnología de Rochester, y Adam Frank y Eric Blackman de la Universidad de Rochester.

El documento del equipo, “Primeros resultados de un estudio de imagen pancromático HST / WFC3 de las nebulosas planetarias jóvenes, en rápida evolución NGC 7027 y NGC 6302”, se publicó el 15 de junio de 2020, en la revista Galaxies.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore lleva a cabo operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía en Washington, D.C.