13 Mar Webb explora enanas marrones en la Nebulosa de la Llama

La Nebulosa de la Llama, una región de formación estelar en la Nube Molecular de Orión, tiene una larga historia de observación con telescopios como el Hubble. Sin embargo, las estrellas más pequeñas en su oscuro y polvoriento núcleo han permanecido en gran parte ocultas hasta ahora.

El Telescopio Espacial James Webb ha realizado una observación en el infrarrojo sin precedentes, identificando los objetos más pequeños y débiles en la Nebulosa de la Llama para determinar la masa mínima necesaria para formar enanas marrones.

La Nebulosa de la Llama: un laboratorio de formación estelar

La Nebulosa de la Llama, ubicada a unos 1.400 años luz de la Tierra, es una región activa de formación estelar con menos de un millón de años de antigüedad. Dentro de ella se encuentran las enanas marrones, objetos tan pequeños que sus núcleos nunca podrán fusionar hidrógeno como lo hacen las estrellas.

Las enanas marrones, a menudo llamadas «estrellas fallidas», se vuelven con el tiempo mucho más frías y tenues que las estrellas, lo que dificulta su observación con la mayoría de los telescopios, incluso a distancias relativamente cortas en términos cósmicos.

Sin embargo, cuando son jóvenes, aún conservan suficiente calor y brillo, por lo que pueden llegar a detectarse incluso en el denso polvo y gas que caracteriza a la Nebulosa de la Llama. El Webb puede penetrar estas regiones densas y detectar el tenue brillo infrarrojo de las enanas marrones jóvenes.

Un equipo de astrónomos ha utilizado esta capacidad para explorar el límite inferior de masa de las enanas marrones en la Nebulosa de la Llama. Los resultados revelaron objetos flotantes libres con masas de dos a tres veces la de Júpiter, aunque el estudio fue capaz de detectar masas de solo 0,5 veces la de Júpiter.

Fragmentación

El límite de masa que el equipo buscaba está determinado por un proceso llamado fragmentación. En este proceso, las grandes nubes moleculares, de las cuales nacen tanto estrellas como enanas marrones, se fragmentan en unidades más pequeñas.

La fragmentación depende de varios factores, siendo la relación entre temperatura, presión térmica y gravedad uno de los más importantes. A medida que los fragmentos colapsan bajo la gravedad, sus núcleos se calientan.

Si un núcleo es lo suficientemente masivo, comienza a fusionar hidrógeno, generando una presión hacia el exterior que contrarresta la gravedad y estabiliza el objeto, convirtiéndolo en una estrella.

Sin embargo, los fragmentos cuya masa y temperatura no son suficientes para iniciar la fusión continúan contrayéndose mientras sigan irradiando su calor interno.

«La refrigeración de estas nubes es clave, porque si tienen demasiada energía interna, resistirán la gravedad», explica Michael Meyer, de la Universidad de Michigan. «Si las nubes se enfrían de manera eficiente, colapsan y se fragmentan».

La fragmentación se detiene cuando un fragmento se vuelve lo suficientemente opaco como para reabsorber su propia radiación, lo que impide un mayor enfriamiento y colapso.

Definiendo el límite inferior de masa

Las teorías previas estimaban que estos fragmentos podían formarse con masas entre una y diez veces la de Júpiter. Sin embargo, el censo del Webb ha reducido significativamente este rango al contar fragmentos de diferentes masas dentro de la nebulosa.

«Como en muchos estudios previos, encontramos que al descender en masa, el número de objetos aumenta hasta aproximadamente diez veces la masa de Júpiter», explica Matthew De Furio, autor principal del estudio y astrónomo de la Universidad de Texas en Austin.

«En nuestro estudio con el Webb de la Nebulosa de la Llama, detectamos objetos con hasta 0,5 veces la masa de Júpiter y observamos una disminución significativa en su número por debajo de diez masas de Júpiter».

«Encontramos menos objetos de cinco masas jovianas que de diez, y aún menos de tres masas jovianas que de cinco. No detectamos prácticamente ningún objeto con menos de dos o tres masas de Júpiter, aunque deberíamos haberlos visto si existieran, por lo que planteamos la hipótesis de que este podría ser el límite real», añade.

Meyer agrega: «Por primera vez, el Webb nos ha permitido explorar hasta ese límite y más allá. Si este límite es real, entonces no debería haber objetos de una masa joviana flotando libremente en la Vía Láctea, a menos que se formasen como planetas y luego fuesen expulsados de su sistema planetario».

Ampliando el legado del Hubble

Las enanas marrones pueden proporcionar una gran cantidad de información sobre la formación estelar y planetaria, ya que comparten características tanto con estrellas como con planetas.

Durante décadas, el Hubble ha buscado enanas marrones y aunque no puede observarlas en la Nebulosa de la Llama con la misma sensibilidad que el Webb, ha sido fundamental para identificar candidatos a estudio.

Este trabajo demuestra cómo el Webb ha continuado la labor del Hubble, utilizando décadas de datos recopilados en la Nube Molecular de Orión para realizar investigaciones más detalladas.

Un salto cuántico

«Estudiar enanas marrones con masas de hasta diez veces la de Júpiter desde la Tierra es extremadamente difícil, especialmente en regiones como esta», comenta De Furio.

«Los datos del Hubble recopilados en los últimos 30 años nos permitieron identificar esta región como un área de gran interés científico. Sin embargo, sin el Webb, este estudio no habría sido posible».

«Es un salto cuántico en nuestra capacidad de comprensión con respecto a lo que podíamos hacer con el Hubble», concluye el astrónomo Massimo Robberto, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial. «El Webb está abriendo un nuevo horizonte de posibilidades para entender estos objetos».

El equipo continuará investigando la Nebulosa de la Llama utilizando las herramientas espectroscópicas del Webb para caracterizar en detalle los diferentes objetos dentro de su denso capullo de polvo.

«Existe una gran superposición entre los objetos que podrían ser planetas y aquellos que son enanas marrones de masa extremadamente baja», explica Meyer. «Nuestra tarea en los próximos cinco años será determinar cuál es cuál y por qué».

Fuente: NASA’s Webb Peers Deeper into Mysterious Flame Nebula