¿Megaestructuras extraterrestres? ¿Huella digital cósmica? ¿Qué hay detrás de una foto del telescopio James Webb que dejó perplejos incluso a los astrónomos?

En julio, una nueva imagen desconcertante de un sistema estelar extremo distante rodeado de peldaños geométricos concéntricos surrealistas hizo que incluso los astrónomos se rascaran la cabeza. La imagen, que parece una especie de «huella digital cósmica», proviene del Telescopio Espacial James Webb, el observatorio insignia más nuevo de la NASA.

Internet inmediatamente se llenó de teorías y especulaciones. Algunos en la franja salvaje incluso lo afirmaron como evidencia de «megaestructuras alienígenas» de origen desconocido.

Afortunadamente, nuestro equipo de la Universidad de Sydney ya había estado estudiando esta misma estrella, conocida como WR140, durante más de 20 años, por lo que estábamos en una posición privilegiada para utilizar la física para interpretar lo que estábamos viendo.

nuestro modelo, publicado en Naturalezaexplica el extraño proceso por el cual la estrella produce el deslumbrante patrón de anillos que se ve en la imagen de Webb (ahora misma publicado en Naturaleza Astronomía).

Los secretos de WR140

WR140 es lo que se llama un Estrella Wolf-Rayet. Estas se encuentran entre las estrellas más extremas conocidas. En una exhibición rara pero hermosa, a veces pueden emitir una columna de polvo al espacio que se extiende cientos de veces el tamaño de todo nuestro Sistema Solar.

El campo de radiación alrededor de Wolf-Rayets es tan intenso que el polvo y el viento son barridos hacia el exterior a miles de kilómetros por segundo, o alrededor del 1% de la velocidad de la luz. Si bien todas las estrellas tienen vientos estelares, estos triunfadores impulsan algo más parecido a un huracán estelar.

Críticamente, este viento contiene elementos como el carbono que fluyen para formar polvo.

WR140 es una de las pocas estrellas Wolf-Rayet polvorientas que se encuentran en un sistema binario. Está en órbita con otra estrella, que es en sí misma una supergigante azul masiva con un viento feroz propio.

Solo se conocen unos pocos sistemas como WR140 en toda nuestra galaxia, pero estos pocos seleccionados ofrecen el regalo más inesperado y hermoso a los astrónomos. El polvo no sale simplemente de la estrella para formar una bola nebulosa como cabría esperar; en cambio, se forma solo en un área en forma de cono donde chocan los vientos de las dos estrellas.

Debido a que la estrella binaria está en constante movimiento orbital, este frente de choque también debe rotar. El penacho de hollín luego se envuelve naturalmente en una espiral, de la misma manera que el chorro de un aspersor de jardín giratorio.

WR140, sin embargo, tiene algunos trucos más bajo la manga que agregan una complejidad más rica a su llamativa pantalla. Las dos estrellas no están en órbitas circulares sino elípticas y, además, la producción de polvo se activa y desactiva de forma episódica a medida que el binario se acerca y se aleja del punto de mayor aproximación.

Un modelo casi perfecto

Al modelar todos estos efectos en la geometría tridimensional de la columna de polvo, nuestro equipo rastreó la ubicación de las características del polvo en el espacio tridimensional.

Al etiquetar cuidadosamente las imágenes del flujo en expansión tomadas en el Observatorio Keck en Hawái, uno de los telescopios ópticos más grandes del mundo, descubrimos que nuestro modelo del flujo en expansión se ajustaba a los datos casi a la perfección.

Excepto por un pequeño inconveniente. Cerca de la estrella, el polvo no estaba donde se suponía que debía estar. Perseguir a ese pequeño inadaptado resultó llevarnos directamente a un fenómeno nunca antes captado por una cámara.

El poder de la luz

Sabemos que la luz lleva impulso, lo que significa que puede ejercer un empuje sobre la materia conocido como presión de radiación. El resultado de este fenómeno, en forma de materia flotando a gran velocidad alrededor del cosmos, es evidente en todas partes.

Pero ha sido un proceso notablemente difícil de atrapar en el acto. La fuerza se desvanece rápidamente con la distancia, por lo que para ver la aceleración del material es necesario seguir con mucha precisión el movimiento de la materia en un fuerte campo de radiación.

Esta aceleración resultó ser el único elemento que faltaba en los modelos para WR140. Nuestros datos no encajaban porque la velocidad de expansión no era constante: el polvo estaba recibiendo un impulso de la presión de la radiación.

Captar eso por primera vez en cámara fue algo nuevo. En cada órbita, es como si la estrella desplegara una vela gigante hecha de polvo. Cuando capta la intensa radiación que emana de la estrella, como un yate que recibe una ráfaga, la vela polvorienta da un repentino salto hacia adelante.

Anillos de humo en el espacio

El resultado final de toda esta física es deslumbrantemente hermoso. Como un juguete mecánico, WR140 infla anillos de humo esculpidos con precisión con cada órbita de ocho años.

Cada anillo está grabado con toda esta maravillosa física escrita en el detalle de su forma. Todo lo que tenemos que hacer es esperar y el viento en expansión infla la capa de polvo como un globo hasta que sea lo suficientemente grande para que nuestros telescopios tomen imágenes.

Luego, ocho años después, el binario vuelve a su órbita y aparece otro cascarón idéntico al anterior, creciendo dentro de la burbuja de su antecesor. Las conchas se siguen acumulando como un juego fantasmal de muñecos gigantes que anidan.

Sin embargo, la verdadera medida en que habíamos acertado con la geometría correcta para explicar este intrigante sistema estelar no se nos hizo evidente hasta que llegó la nueva imagen de Webb en junio.

Aquí no había una o dos, sino más de 17 conchas exquisitamente esculpidas, cada una de las cuales era una réplica casi exacta anidada dentro de la anterior. Eso significa que el caparazón más antiguo y exterior visible en la imagen de Webb debe haber sido lanzado unos 150 años antes que el caparazón más nuevo, que todavía está en su infancia y acelerando alejándose del par luminoso de estrellas que impulsan la física en el corazón del sistema.

Con sus espectaculares penachos y fuegos artificiales salvajes, los Wolf-Rayets han proporcionado una de las imágenes más intrigantes y con patrones más intrincados que haya lanzado el nuevo telescopio Webb.

Esta fue una de las primeras imágenes tomadas por Webb. Los astrónomos están todos al borde de nuestros asientos, esperando qué nuevas maravillas nos transmitirá este observatorio.

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