Webb descubre en IC 348 la Enana Marrón más pequeña: Esta imagen del instrumento NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) del telescopio espacial James Webb muestra la porción central del cúmulo de estrellas IC 348. Los astrónomos rastrearon el cúmulo en busca de diminutas enanas marrones flotando libremente en el espacio. Estos objetos son demasiado pequeños para ser estrellas, pero más grandes que la mayoría de los planetas.

IC 348: Webb descubre la Enana Marrón más pequeña

Un equipo de astrónomos ha empleado el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para identificar el objeto cósmico más pequeño que puede formarse como una estrella. Se trata de la enana marrón más pequeña descubierta hasta la fecha, con una masa de solo entre tres y cuatro veces la de Júpiter.

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

¿Qué es una enana marrón?

Una enana marrón es un objeto astronómico que se sitúa en la línea divisoria entre estrella y planeta. Se forma como estrella, creciendo lo suficiente como para colapsar bajo su propia gravedad, pero nunca se vuelve lo bastante densa y caliente como para iniciar la fusión nuclear y convertirse en una estrella convencional.

Ilustración en la que se representa un sistema binario con una enana marrón en primer plano (abajo a la derecha) y una enana blanca en segundo plano (arriba a la izquierda).
Illustración en la que se representa un sistema binario con una enana marrón en primer plano (abajo a la derecha) y una enana blanca en segundo plano (arriba a la izquierda).

Una enana marrón se encuentran en un rango de masas entre los planetas gigantes gaseosos como Júpiter y las estrellas más pequeñas. A menudo, se les describe como «estrellas fallidas» o «gigantes gaseosos masivos».

Las enanas marrones emiten cierta cantidad de luz y calor debido a procesos internos de contracción gravitatoria y a la liberación de la energía residual de su formación. Y aunque son más frías y menos brillantes que las estrellas, pueden ser detectadas mediante observaciones en el infrarrojo.

Buscando en el cúmulo estelar IC 348

Para localizar la enana marrón más pequeña, Luhman y su colega, Catarina Alves de Oliveira, eligieron estudiar el cúmulo estelar IC 348, ubicado aproximadamente a 1.000 años luz en Perseo, una región de formación estelar activa.

Es un cúmulo joven, de solo unos cinco millones de años: esto significa que cualquier enana marrón en este cúmulo debería ser aún relativamente luminosa en el infrarrojo y brillar debido al calor generado durante su formación.

El equipo primero capturó imágenes del centro del cúmulo utilizando la NIRCam (Cámara de Infrarrojos Cercanos) de Webb para identificar candidatas a enanas marrones por su brillo y color. Luego, investigaron los objetivos más prometedores utilizando el NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) de Webb y su matriz de microláminas.

Webb descubre en IC 348 la Enana Marrón más pequeña: Rodeadas por un círculo en la imagen principal, se muestran tres enanas marrones con menos de 8 veces la masa de Júpiter. La más pequeña tiene sólo tres o cuatro veces la masa de Júpiter, lo que desafía las teorías sobre la formación de estrellas.
Webb descubre en IC 348 la Enana Marrón más pequeña: Rodeadas por un círculo en la imagen principal, se muestran tres enanas marrones con menos de 8 veces la masa de Júpiter. La más pequeña tiene sólo tres o cuatro veces la masa de Júpiter, lo que desafía las teorías sobre la formación de estrellas.

La sensibilidad de Webb en el infrarrojo fue crucial, permitiendo al equipo detectar objetos más débiles que los telescopios terrestres. Además, la aguda visión de Webb les permitió determinar entre los objetos rojizos cuáles correspondían a enanas marrones puntuales y cuáles a borrosas galaxias de fondo.

Este proceso culminó con la selección de tres intrigantes objetos con masas de tres a ocho veces la de Júpiter y temperaturas superficiales desde 830 hasta 1.500 grados Celsius. El más pequeño de estos objetos tiene una masa de tres a cuatro veces la de Júpiter, según modelos informáticos.

La enana marrón más pequeña desafía la teoría

Explicar cómo podría formarse una enana marrón tan pequeña es teóricamente desafiante.

Una nube densa y pesada 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, especialmente en el caso de nubes con masas similares a las de los planetas gigantes.

«Es bastante fácil para los modelos actuales simular la formación de planetas gigantes en un disco alrededor de una estrella», dijo Catarina Alves de Oliveira de la ESA (Agencia Espacial Europea), investigadora principal del programa de observación.

«Pero en este cúmulo es improbable que el objeto se formara en un disco. Al contrario, todo indica que se ha debido formar independientemente, como una estrella individual, y tres masas de Júpiter es una masa 300 veces más pequeña que la de nuestro Sol».

«Entonces tenemos que preguntarnos, ¿cómo opera el proceso de formación estelar en objetos de masas muy, muy pequeñas?»

La enana marrón más pequeña contiene un misterioso hidrocarburo

Además de brindar pistas sobre el proceso de formación estelar, las enanas marrones diminutas también pueden ayudar a los astrónomos a comprender mejor los exoplanetas.

Las enanas marrones menos masivas se solapan en masa con los exoplanetas más grandes, por lo tanto, sería esperable que tuviesen propiedades similares. Sin embargo, una enana marrón en libre flotación en el espacio es más fácil de estudiar que un gigantesco exoplaneta, ya que este último está oculto dentro del resplandor de su estrella anfitriona.

Dos de las enanas marrones identificadas en este estudio muestran la firma espectral de un hidrocarburo (molécula que contiene átomos de carbono e hidrógeno) no identificado.

Esta 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 (gas entre las estrellas).

«Esta 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 que existen para las atmósferas de enanas marrones no predicen su existencia.

Estamos observando objetos más jóvenes y con masas más bajas de las que jamás hayamos visto antes, y estamos viendo algo nuevo e inesperado.»

Improbable planeta gigante errante

Dado que los objetos observados están claramente dentro del rango de masa de los planetas gigantes, surge la pregunta de si son realmente enanas marrones o más bien planetas errantes expulsados de sus sistemas planetarios.

Si bien el equipo no puede descartar esto último, argumentan que es mucho más probable que sean enanas marrones antes que un planeta errante.

Es improbable que sean planetas gigantes errantes por dos razones:

  • En primer lugar, estos planetas gigantes errantes son poco comunes en comparación con planetas errantes con masas más pequeñas.
  • En segundo lugar, la mayoría de las estrellas en el Universo son de baja masa, y los planetas gigantes son especialmente raros en este tipo de estrellas.

Como resultado, es improbable 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 solo tiene cinco millones de años, probablemente no haya pasado aún suficiente tiempo como para que se formen planetas gigantes que luego puedan ser expulsados de sus sistemas de origen.

El descubrimiento de más objetos similares ayudará a aclarar su verdadera naturaleza. Las teorías sugieren que los planetas errantes son más propensos a encontrarse en las afueras de un cúmulo estelar, por lo que ampliar la zona de búsqueda podría ayudar a identificarlos, si es que existen dentro del cúmulo estelar IC 348.

El trabajo futuro podría incluir sondeos más extensos que puedan ayudar a detectar objetos más débiles y pequeños. Se esperaba que el breve sondeo realizado por el equipo detectara objetos muy pequeños, con una masa de solo dos veces la de Júpiter.

Sondeos más extensos podrían llegar a detectar fácilmente objetos aún más pequeños, con masas similares a la de Júpiter.

Fuente: Webb identifies tiniest free-floating brown dwarf

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