El Telescopio Webb encuentra más pistas sobre el nacimiento de estrellas en seis nuevos mundos rebeldes

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El Telescopio Espacial James Webb detectó seis mundos probablemente rebeldes (objetos con masas similares a las de los planetas pero independientes de la gravedad de cualquier estrella), por lo que son llamados cuerpos interestelares, incluido el más liviano jamás identificado con un disco de polvo a su alrededor.

Estos objetos esquivos ofrecen nueva evidencia de que los mismos procesos cósmicos que dan origen a las estrellas también pueden desempeñar un papel común en la creación de objetos sólo un poco más grandes que Júpiter.

“Estamos investigando los límites mismos del proceso de formación de estrellas”, dijo el autor principal Adam Langeveld, astrofísico de la Universidad Johns Hopkins. “Si tienes un objeto que se parece a un Júpiter joven, ¿es posible que se hubiera convertido en una estrella en las condiciones adecuadas? Este es un contexto importante para comprender la formación de estrellas y planetas”.

No es una novedad que muchos científicos señalan a Júpiter como una protoestrella. Por la cantidad de lunas, el poderío magnético… e incluso porque hay material abundante en el cinturón de asteroides que algunos señalan fue moldeado por la puja gravitacional de Júpiter.

Los hallazgos provienen del estudio más profundo realizado a través de Webb de la joven nebulosa NGC1333, un cúmulo de formación de estrellas a unos mil años luz de distancia en la constelación de Perseo. Una nueva imagen del estudio publicada por la Agencia Espacial Europea muestra a NGC1333 brillando con espectaculares exhibiciones de polvo y nubes interestelares. Un artículo que detalla los hallazgos de la encuesta ha fue aceptado para su publicación en The Astronomical Journal.

Los mundos descubiertos son gigantes gaseosos entre 5 y 10 veces más masivos que Júpiter

Los datos de Webb sugieren que los mundos descubiertos son gigantes gaseosos entre 5 y 10 veces más masivos que Júpiter. Eso significa que se encuentran entre los objetos de menor masa jamás descubiertos que han crecido a partir de un proceso que generalmente produciría estrellas y enanas marrones, objetos que se encuentran a ambos lados del límite entre estrellas y planetas y que nunca provocan la fusión del hidrógeno y se desvanecen con el tiempo.

Estos mundos se encuentran entre los objetos de menor masa jamás descubiertos que han crecido a partir de un proceso que generalmente produciría estrellas y enanas marrones

Nuevo mosaico de la vista de campo amplio del estudio espectroscópico del Telescopio Espacial James Webb de NGC1333, Los tres de los objetos de masa planetaria en libre flotación recién descubiertos aparecen indicados por anillos verdes. Crédito de la imagen: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Scholz, K. Muzic, A. Langeveld, R. Jayawardhana

“Utilizamos la sensibilidad sin precedentes de Webb en longitudes de onda infrarrojas para buscar los miembros más débiles de un cúmulo de estrellas jóvenes, buscando abordar una pregunta fundamental en astronomía: ¿Cómo un objeto ligero puede formarse como una estrella?” dijo el rector de Johns Hopkins, Ray Jayawardhana, astrofísico y autor principal del estudio. “Resulta que los objetos más pequeños que flotan libremente y se forman como estrellas se superponen en masa con exoplanetas gigantes que giran alrededor de estrellas cercanas”.

Las observaciones del telescopio espacial no revelaron ningún objeto con masas inferiores a cinco Júpiter, a pesar de poseer suficiente sensibilidad para detectar tales cuerpos. Esto es un fuerte indicio de que cualquier objeto estelar más ligero que este umbral tiene más probabilidades de formarse como lo hacen los planetas, concluyeron los autores.

“Resulta que los objetos más pequeños que flotan libremente y se forman como estrellas se superponen en masa con exoplanetas gigantes que giran alrededor de estrellas cercanas”_ Ray Jayawardhana

“Nuestras observaciones confirman que la naturaleza produce objetos de masa planetaria al menos de dos maneras diferentes: a partir de la contracción de una nube de gas y polvo, la forma en que se forman las estrellas, y en discos de gas y polvo alrededor de estrellas jóvenes, como lo hizo el planeta Júpiter en nuestro sistema solar”, indicó Jayawardhana.

Planeta interestelar
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El más intrigante de los objetos sin estrellas cercanas, es también el más ligero, con una masa estimada a cinco Júpiter (unas 1.600 Tierras). La presencia de un disco de polvo significa que es casi seguro que el objeto se formó como una estrella, ya que el polvo espacial generalmente gira alrededor de un objeto central en las primeras etapas de la formación estelar, opinó Langeveld, quien es investigador postdoctoral en el grupo de Jayawardhana.

Los discos de material de cierto volumen, o polvo, también son un requisito previo para la formación de planetas, lo que sugiere que las observaciones también pueden tener aplicaciones importantes relacionadas con posibles “mini” planetas.

“Esos objetos diminutos con masas comparables a las de planetas gigantes pueden ser capaces de formar sus propios planetas”, expresó el coautor Alexander Scholz, astrofísico de la Universidad de St. Andrews. “Esto podría ser un vivero de un sistema planetario en miniatura, en una escala mucho más pequeña que nuestro sistema solar”.

Utilizando el instrumento NIRISS de Webb, los astrónomos midieron el perfil (o espectro) de luz infrarroja de cada objeto en la porción observada del cúmulo de estrellas y volvieron a analizar 19 enanas marrones conocidas. También descubrieron una nueva enana marrón con una compañera de masa planetaria, un hallazgo poco común que desafía las teorías sobre cómo se forman los sistemas binarios.

“Podría ser un vivero de un sistema planetario en miniatura, en una escala mucho más pequeña que nuestro sistema solar”_ Alexander Scholz

“Es probable que ese par se formara de la misma manera que lo hacen los sistemas estelares binarios, a partir de una nube que se fragmentaba a medida que se contraía”, señaló Jayawardhana. “La diversidad de sistemas que la naturaleza ha producido es notable y nos empuja a perfeccionar nuestros modelos de formación de estrellas y planetas”.

Estos planetas interestelares pueden originarse a partir del colapso de nubes moleculares que carecen de la masa necesaria para la fusión nuclear que alimenta las estrellas. También pueden formarse cuando el gas y el polvo de los discos alrededor de las estrellas se fusionan en orbes parecidos a planetas que eventualmente son expulsados de sus sistemas estelares, probablemente debido a interacciones gravitacionales con otros cuerpos.

Estos objetos celestes libres se consideraban raros en la Vía Láctea, pero representan alrededor de los cuerpos celestes en el cúmulo de estrellas observado.

Estos objetos que flotan libremente desdibujan las clasificaciones de los cuerpos celestes porque sus masas se superponen con las de los gigantes gaseosos y las enanas marrones. Aunque estos objetos se consideran raros en la Vía Láctea, los nuevos datos de Webb muestran que representan alrededor del 10% de los cuerpos celestes en el cúmulo de estrellas objetivo.

En los meses venideros, el equipo estudiará más atmósferas de objetos débiles y las comparará con enanas marrones más pesadas y planetas gaseosos gigantes. También se les ha concedido tiempo en el telescopio Webb para estudiar objetos similares con discos de polvo y explorar la posibilidad de formar minisistemas planetarios parecidos a las numerosas lunas de Júpiter y Saturno.

Impresionante panorama
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Vemos una nebulosa formada por gas turbio y polvo en forma de nubes suaves y tenues y, en el centro, capas delgadas y muy detalladas apretadas unas contra otras. Hay estrellas grandes y brillantes rodeadas por seis grandes zonas de luz que parecen puntos en la imagen, así como algunas estrellas pequeñas, incrustadas en las nubes. Las nubes se iluminan de azul cerca de las estrellas; Los colores naranjas muestran nubes que brillan con luz infrarroja. Crédito de la imagen: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Scholz, K. Muzic, A. Langeveld, R. Jayawardhana.

Este nuevo e impresionante mosaico de imágenes desarrollado a partir de información obtenida por el Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA muestra el cercano cúmulo de formación de estrellas, NGC 1333. La nebulosa se encuentra en la nube molecular de Perseo a unos 960 años luz de distancia. El mismo cúmulo apareció en la imagen del difundida ante el 33º aniversario de servicio del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA en abril de 2023. La imagen del Hubble apenas rasgó la superficie de esta región, porque las nubes de polvo oscurecen gran parte del proceso de formación estelar. Al observar con mayor apertura y en la parte infrarroja del espectro, Webb es capaz de penetrar el velo polvoriento para revelar estrellas recién nacidas, enanas marrones y objetos de masa planetaria.

El centro de la imagen presenta un vistazo profundo al corazón de la nube NGC1333. A lo largo de la imagen vemos grandes manchas de color naranja, que representan gas que brilla en el infrarrojo. Los llamados objetos Herbig-Haro se forman cuando el material ionizado expulsado de estrellas jóvenes choca con la nube circundante. Son características de un sitio de formación estelar muy activo. Muchas de las estrellas jóvenes en esta imagen están rodeadas por discos de gas y polvo, que eventualmente pueden producir sistemas planetarios.

Al igual que las estrellas jóvenes de este mosaico, nuestro propio Sol y los planetas se formaron dentro de una nube molecular de polvo, hace 4.600 millones de años. Nuestro Sol no se formó de forma aislada sino como parte de un cúmulo, que quizás era incluso más masivo que NGC 1333. El cúmulo del mosaico, de sólo 1 a 3 millones de años, nos presenta la oportunidad de estudiar estrellas como nuestro Sol así como enanas marrones y planetas que flotan libremente, en sus etapas incipientes. Las imágenes fueron capturadas como parte del programa de observación Webb 1202(IP: A. Scholz) para estudiar una gran parte de NGC1333.

Otros autores del estudio son Koraljka Mužić y Daniel Capela de la Universidade de Lisboa; Loïc Albert, René Doyon y David Lafrèniere de la Universidad de Montreal; Laura Flagg de Johns Hopkins; Matthew de Furio de la Universidad de Texas en Austin; Doug Johnstone del Centro de Investigación de Astronomía y Astrofísica de Herzberg; y Michael Meyer de la Universidad de Michigan, Ann Arbor.

El Deep Spectroscopic Survey for Young Brown Dwarfs and Free-Floating Planets (Sondeo Espectroscópico Profundo para Enanas Marrones Jóvenes y Planetas Flotantes Libres) utilizó el instrumento Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), del Telescopio Espacial James Webb, una colaboración entre la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense.

Importante
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El estudio The JWST/NIRISS Deep Spectroscopic Survey for Young Brown Dwarfs and Free-Floating Planets, fue aceptado para su publicación en The Astronomical Journal
Los autores agradecieron el apoyo del UKRI Science and Technology Facilities Council, la Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), la U.S. National Science Foundation, y del National Research Council of Canada.
El artículo In six new rogue worlds, Webb telescope finds more star birth clues, fue publicado con la firma de Roberto Molar Candanosa, de la Johns Hopkins University.

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