Primera observación directa de luz estelar 'empujando' materia

Astrónomos han observado por primera vez cómo la intensa luz de las estrellas puede 'empujar' la materia - NASA, ESA, CSA, STScI, JPL-Caltech

MADRID, 12 Oct. (EUROPA PRESS) -

Astrónomos han observado directamente por primera vez cómo la intensa luz de las estrellas puede "empujar" la materia. Los investigadores de las universidades de Cambridge (Reino Unido) y Sydney (Australia) hicieron la observación al rastrear un gigantesco penacho de polvo generado por las violentas interacciones entre dos estrellas masivas.

Los resultados, realizados a partir de imágenes infrarrojas del sistema estelar binario WR140 tomadas a lo largo de 16 años, se publican en la revista 'Nature'.

En un estudio complementario de WR140, publicado en 'Nature Astronomy', el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA fue capaz de ver a mucha más profundidad para obtener una imagen no de una sola pluma de polvo en aceleración, sino de casi 20 de ellas, anidadas unas dentro de otras como un conjunto gigante de pieles de cebolla.

WR140 se compone de una enorme estrella Wolf-Rayet y una estrella supergigante azul aún mayor, unidas gravitacionalmente en una órbita de ocho años. Esta estrella binaria, situada en la constelación de Cygnus, ha sido observada durante dos décadas con uno de los mayores telescopios ópticos del mundo, situado en el Observatorio Keck de Hawai.

WR140 expulsa episódicamente penachos de polvo que se extienden miles de veces la distancia de la Tierra al Sol. Estos penachos de polvo, que se producen cada ocho años, ofrecen a los astrónomos una oportunidad única para observar cómo la luz de las estrellas puede afectar a la materia.

Se sabe que la luz lleva impulso, ejerciendo un empuje sobre la materia conocido como presión de radiación. Los astrónomos suelen ser testigos del resultado de este fenómeno en forma de materia que se desplaza a gran velocidad por el cosmos, pero ha sido un proceso difícil de captar en el acto. El registro directo de la aceleración debida a fuerzas distintas de la gravedad rara vez se observa, y nunca en un entorno estelar como éste.

"Es difícil ver cómo la luz de las estrellas provoca la aceleración porque la fuerza se desvanece con la distancia y otras fuerzas toman rápidamente el relevo --explica en un comunicado Yinuo Han, del Instituto de Astronomía de Cambridge, primer autor del artículo--. Para presenciar la aceleración al nivel que se hace medible, el material tiene que estar razonablemente cerca de la estrella o la fuente de la presión de la radiación tiene que ser extra fuerte. WR140 es una estrella binaria cuyo feroz campo de radiación sobrecarga estos efectos, poniéndolos al alcance de nuestros datos de alta precisión", añade.

Todas las estrellas generan vientos estelares, pero los de las estrellas Wolf-Rayet pueden ser más parecidos a un huracán estelar. Elementos como el carbono en el viento se condensan en forma de hollín, que permanece lo suficientemente caliente como para brillar en el infrarrojo. Al igual que el humo en el viento, esto proporciona a los telescopios algo que se puede observar.

El equipo utilizó una tecnología de imagen conocida como interferometría, que pudo actuar como una lente de zoom para el espejo del telescopio Keck de 10 metros, lo que permitió a los investigadores recuperar imágenes suficientemente nítidas de WR140 para el estudio.

Han y su equipo descubrieron que el polvo no sale de la estrella con el viento en una bola brumosa. En cambio, el polvo se forma donde los vientos de las dos estrellas chocan, en la superficie de un frente de choque con forma de cono entre ellas.

Como la estrella binaria en órbita está en constante movimiento, el frente de choque también gira. El penacho de hollín se envuelve en una espiral, del mismo modo que las gotas forman una espiral en un aspersor de jardín.

Los investigadores descubrieron que WR140 tiene otros trucos bajo la manga. Las dos estrellas no tienen órbitas circulares, sino elípticas, y la producción de polvo se activa y desactiva a medida que la binaria se acerca y se aleja del punto de máxima aproximación. Al modelar estos efectos en la geometría tridimensional de la pluma de polvo, los astrónomos pudieron medir la ubicación de las características del polvo en el espacio tridimensional.

"Como un reloj, esta estrella expulsa anillos de humo esculpidos cada ocho años, con toda esta maravillosa física escrita que luego se infla en el viento como una bandera para que la leamos --señala el coautor, el profesor Peter Tuthill, de la Universidad de Sydney--. Ocho años después, cuando la binaria vuelve a su órbita, aparece otra igual que la anterior, saliendo al espacio dentro de la burbuja de la anterior, como un conjunto de muñecas rusas gigantes anidadas".

Como el polvo producido por esta Wolf-Rayet es tan predecible y se expande a distancias tan grandes, ofreció a los astrónomos un laboratorio único para examinar la zona de aceleración.

"En ausencia de fuerzas externas, cada espiral de polvo debería expandirse a una velocidad constante --explica Han, que también es coautor del artículo del JWST--. Al principio estábamos desconcertados porque no conseguíamos que nuestro modelo se ajustara a las observaciones, hasta que finalmente nos dimos cuenta de que estábamos viendo algo nuevo. Los datos no se ajustaban porque la velocidad de expansión no era constante, sino que se estaba acelerando. Lo habíamos captado por primera vez con una cámara".

"En cierto sentido, siempre supimos que ésta debía ser la razón del flujo de salida, pero nunca soñé que seríamos capaces de ver la física en funcionamiento de esta manera --comenta Tuthill--. Cuando miro los datos ahora, veo el penacho de WR140 desplegando una especie de vela gigante hecha de polvo. Cuando atrapa el viento de fotones que sale de la estrella, como un yate que atrapa una ráfaga, da un repentino salto hacia adelante".

Con el JWST ya en funcionamiento, los investigadores pueden aprender mucho más sobre WR140 y sistemas similares. "El telescopio Webb ofrece nuevos extremos de estabilidad y sensibilidad --apunta Ryan Lau, que dirigió el estudio del JWST--. Ahora podremos realizar observaciones como ésta con mucha más facilidad que desde tierra, abriendo una nueva ventana al mundo de la física de los rayos Wolf".