Misterio cósmico de 16 años resuelto, revelando el eslabón estelar perdido.

La Nebulosa del Anillo Azul consta de dos conos de gas en expansión expulsados ​​al espacio por una fusión estelar. A medida que el gas se enfría, forma moléculas de hidrógeno que chocan con partículas en el espacio interestelar, provocando que irradien luz ultravioleta lejana. Invisible para el ojo humano, se muestra aquí como azul.
Créditos: NASA / JPL-Caltech / M. Seibert (Carnegie Institution for Science) / K. Equipo Hoadley (Caltech) / GALEX.

La Nebulosa del Anillo Azul, que dejó perplejos a los científicos durante más de una década, parece ser el ejemplo conocido mas joven de dos estrellas fusionadas en una.

En 2004, los científicos del Explorador de Evolución de la Galaxia (GALEX) de la NASA, con base en el espacio, detectaron un objeto diferente a todos los que habían visto antes en nuestra galaxia, la Vía Láctea: una gota de gas grande y débil con una estrella en el centro. En las imágenes de GALEX, la mancha parecía azul, aunque en realidad no emite luz visible para el ojo humano, y las observaciones posteriores revelaron una estructura de anillo grueso dentro de ella. Así que el equipo la apodó Nebulosa del Anillo Azul. Durante los siguientes 16 años, lo estudiaron con múltiples telescopios terrestres y espaciales, pero cuanto más aprendían, más misterioso parecía.

Un nuevo estudio publicado en línea el 18 de noviembre en la revista Nature puede haber resuelto el caso. Al aplicar modelos teóricos de vanguardia a la gran cantidad de datos que se han recopilado sobre este objeto, los autores postulan que la nebulosa, una nube de gas en el espacio, probablemente esté compuesta por escombros de dos estrellas que chocaron y se fusionaron en una sola estrella.

La Nebulosa del Anillo Azul consta de dos nubes huecas de escombros en forma de cono que se mueven en direcciones opuestas alejándose de la estrella central. La base de un cono viaja casi directamente hacia la Tierra. Como resultado, los astrónomos que observan la nebulosa ven dos círculos que se superponen parcialmente.
Créditos: Mark Seibert.

Si bien se cree que los sistemas estelares fusionados son bastante comunes, es casi imposible estudiarlos inmediatamente después de su formación porque están oscurecidos por los escombros que provoca la colisión. Una vez que los escombros se han despejado, al menos cientos de miles de años después, son difíciles de identificar porque se asemejan a estrellas no fusionadas. La Nebulosa del Anillo Azul parece ser el eslabón perdido: los astrónomos están viendo el sistema estelar solo unos pocos miles de años después de la fusión, cuando la evidencia de la unión todavía es abundante. Parece ser el primer ejemplo conocido de un sistema estelar fusionado en esta etapa.

Operado entre 2003 y 2013 y administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, GALEX fue diseñado para ayudar a estudiar la historia de la formación de estrellas en la mayor parte del Universo mediante la realización de un censo de poblaciones de estrellas jóvenes en otras galaxias. Para hacer esto, la misión observó tanto la luz ultravioleta cercana (longitudes de onda ligeramente más cortas que la luz visible) como la luz ultravioleta lejana. La mayoría de los objetos vistos por GALEX irradiaban tanto UV cercano (representado como amarillo en las imágenes GALEX) como UV lejano (representado como azul), pero la Nebulosa del Anillo Azul se destacó porque solo emitía luz ultravioleta lejana.

El tamaño del objeto era similar al de un remanente de supernova, que se forma cuando una estrella masiva se queda sin combustible y explota, o una nebulosa planetaria, los restos hinchados de una estrella del tamaño de nuestro Sol. Pero la Nebulosa del Anillo Azul tenía una estrella viviente en su centro. Además, los remanentes de supernova y las nebulosas planetarias irradian en múltiples longitudes de onda de luz fuera del rango de los rayos ultravioleta, mientras que investigaciones posteriores mostraron que la Nebulosa del Anillo Azul no lo hizo.

Planeta fantasma

En 2006, el equipo GALEX observó la nebulosa con el telescopio Hale de 5,1 metros en el Observatorio Palomar en el condado de San Diego, California, y luego con los telescopios aún más potentes de 10 metros en el WM Observatorio Keck en Hawaii. Encontraron evidencia de una onda de choque en la nebulosa, lo que sugiere que el gas que compone la Nebulosa del Anillo Azul había sido efectivamente expulsado por algún tipo de evento violento alrededor de la estrella central. Los datos de Keck también sugirieron que la estrella estaba tirando una gran cantidad de material hacia su superficie. Pero, ¿de dónde venía el material?

“Durante bastante tiempo pensamos que tal vez había un planeta varias veces la masa de Júpiter siendo desgarrado por la estrella, y eso estaba arrojando todo ese gas fuera del sistema”, dijo Mark Seibert, astrofísico de la Carnegie Institution for Science y miembro del equipo GALEX de Caltech, que gestiona JPL.

Pero el equipo quería más datos. En 2012, utilizando el primer estudio de cielo completo del Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA, un telescopio espacial que estudió el cielo en luz infrarroja, el equipo de GALEX identificó un disco de polvo que orbita cerca de la estrella. (WISE se reactivó en 2013 como la misión NEOWISE de búsqueda de asteroides). Los datos de archivo de otros tres observatorios infrarrojos, incluido el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, también detectaron el disco. El hallazgo no descartó la posibilidad de que un planeta también estuviera orbitando la estrella, pero eventualmente el equipo demostraría que el disco y el material expulsado al espacio provenían de algo más grande que incluso un planeta gigante. Luego, en 2017, el Buscador de planetas de la zona habitable en el Telescopio Hobby-Eberly en Texas confirmó que no había ningún objeto compacto orbitando la estrella.

Más de una década después de descubrir la Nebulosa del Anillo Azul, el equipo había recopilado datos sobre el sistema de cuatro telescopios espaciales, cuatro telescopios terrestres, observaciones históricas de la estrella que se remontan a 1895 (para buscar cambios en su brillo en tiempo), y con la ayuda de científicos independientes a través de la Asociación Estadounidense de Observadores de Estrellas Variables (AAVSO). Pero todavía se les escapaba una explicación de lo que había creado la nebulosa.

Se cree que la Nebulosa del Anillo Azul es el producto de dos estrellas que se fusionan en una. La colisión de los cuerpos expulsó una nube de escombros calientes al espacio. Un disco de gas que orbita alrededor de la estrella más grande corta la nube por la mitad, creando dos conos que se alejan de la estrella en direcciones opuestas.
Detectives estelares

Para cuando Keri Hoadley comenzó a trabajar con el equipo científico de GALEX en 2017, “el grupo había chocado contra una pared” con la Nebulosa del Anillo Azul, dijo. Pero Hoadley, una astrofísica de Caltech, estaba fascinada por el objeto y sus extrañas características, por lo que aceptó el desafío de intentar resolver el misterio. Parecía probable que la solución no viniera de más observaciones del sistema, sino de teorías de vanguardia que pudieran dar sentido a los datos existentes. Entonces Chris Martin, investigador principal de GALEX en Caltech, se acercó a Brian Metzger de la Universidad de Columbia en busca de ayuda.

Como astrofísico teórico, Metzger hace modelos matemáticos y computacionales de fenómenos cósmicos, que pueden usarse para predecir cómo se verán y se comportarán esos fenómenos. Se especializa en fusiones cósmicas: colisiones entre una variedad de objetos, ya sean planetas y estrellas o dos agujeros negros. Con Metzger a bordo y Hoadley guiando el trabajo, las cosas progresaron rápidamente.

“No era solo que Brian pudiera explicar los datos que estábamos viendo; esencialmente estaba prediciendo lo que habíamos observado antes de que él lo viera”, dijo Hoadley. “Él decía, ‘Si esta es una fusión estelar, entonces deberías ver X’, y era como, ‘¡Sí! ¡Vemos eso!'”

El equipo concluyó que la nebulosa era el producto de una fusión estelar relativamente reciente que probablemente ocurrió entre una estrella similar a nuestro Sol y otra estrella de solo una décima parte de ese tamaño (o aproximadamente 100 veces la masa de Júpiter). Cerca del final de su vida, la estrella similar al Sol comenzó a hincharse, acercándose más a su compañera. Finalmente, la estrella más pequeña cayó en una espiral descendente hacia su compañera más grande. En el camino, la estrella más grande rompió a la estrella más pequeña, envolviéndose en un anillo de escombros antes de tragarse la estrella más pequeña por completo.

Este fue el evento violento que llevó a la formación de la Nebulosa del Anillo Azul. La fusión lanzó una nube de escombros calientes al espacio que fue cortado en dos por el disco de gas. Esto creó dos nubes de escombros en forma de cono, sus bases se alejan de la estrella en direcciones opuestas y se ensanchan a medida que viajan hacia afuera. La base de un cono viene casi directamente hacia la Tierra y el otro casi directamente de forma opuesta. Son demasiado débiles para ver solos, pero el área donde los conos se superponen (como se ve desde la Tierra) forma el anillo azul central que GALEX observó.

Pasaron milenios. La nube de escombros en expansión se enfrió y formó moléculas y polvo, incluidas moléculas de hidrógeno que colisionaron con el medio interestelar, la escasa colección de átomos y partículas energéticas que llenan el espacio entre las estrellas. Las colisiones excitaron las moléculas de hidrógeno, lo que hizo que se irradiaran en una longitud de onda específica de luz ultravioleta lejana. Con el tiempo, el resplandor se volvió lo suficientemente brillante para que GALEX lo viera.

Las fusiones estelares pueden ocurrir hasta una vez cada 10 años en nuestra galaxia, la Vía Láctea, lo que significa que es posible que una población considerable de las estrellas que vemos en el cielo fueran dos.

“Vemos muchos sistemas de dos estrellas que podrían fusionarse algún día, y creemos que hemos identificado estrellas que se fusionaron hace quizás millones de años. Pero casi no tenemos datos sobre lo que sucede en el medio”, dijo Metzger. “Creemos que probablemente haya muchos remanentes jóvenes de fusiones estelares en nuestra galaxia, y la Nebulosa del Anillo Azul podría mostrarnos cómo se ven para que podamos identificar más”.

Si bien es probable que esta sea la conclusión de un misterio de hace 16 años, también puede ser el comienzo de un nuevo capítulo en el estudio de las fusiones estelares.

“Es sorprendente que GALEX haya podido encontrar este objeto realmente débil que no estábamos buscando, pero que resulta ser algo realmente interesante para los astrónomos”, dijo Seibert. “Simplemente reitera que cuando miras el Universo en una nueva longitud de onda o en una nueva forma, encuentras cosas que nunca imaginaste que encontrarías”.

JPL, una división de Caltech, gestionó la misión GALEX para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. La misión fue desarrollada por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, bajo el Programa de Exploradores. JPL también gestionó las misiones Spitzer y WISE, y gestiona la misión NEOWISE.