El planeta que sobrevivió a la muerte de su estrella y el posible futuro de nuestro sistema solar

Imagen: Exoplaneta WD 1856 b (Concepto artístico)

El exoplaneta WD 1856 b, que se muestra en esta ilustración, es un gigante gaseoso que orbita su estrella a una distancia 50 veces menor que la que la Tierra tiene alrededor del Sol. Las observaciones realizadas por el telescopio espacial James Webb de la NASA determinaron la temperatura del planeta y detectaron moléculas en su atmósfera.

Ilustraciones: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

El telescopio espacial James Webb de la NASA nos ofrece nuevas perspectivas sobre el futuro lejano de sistemas solares como el nuestro, mientras la agencia continúa desvelando los secretos del universo y nuestro lugar en él. Hace miles de millones de años, una estrella similar al Sol, cerca del final de su vida, se expandió enormemente hasta convertirse en una gigante roja antes de expulsar sus capas exteriores, dejando un núcleo caliente remanente conocido como enana blanca . Como gigante roja, la estrella debería haber engullido y destruido cualquier planeta cercano. Sin embargo, los astrónomos han descubierto un exoplaneta del tamaño de Júpiter orbitando la enana blanca cada 34 horas a una distancia inferior a 3 millones de kilómetros (2 millones de millas).

Para resolver el misterio de la supervivencia de este exoplaneta, un equipo internacional de astrónomos utilizó el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para observar el tránsito del exoplaneta WD 1856 b, del tamaño de Júpiter, alrededor de su estrella anfitriona, midiendo su temperatura y detectando moléculas en su atmósfera. Descubrieron que el planeta es significativamente más cálido de lo esperado y determinaron cómo probablemente alcanzó su órbita tan cercana alrededor de la enana blanca. Los resultados ofrecen una perspectiva del futuro de planetas como Júpiter tras la muerte del Sol, dentro de miles de millones de años.

Los resultados se publicaron el miércoles en la revista Nature .

WD 1856 b fue descubierto en 2020 por científicos que utilizaron el satélite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA y el telescopio espacial Spitzer, ya fuera de servicio. Orbita la enana blanca WD 1856+534, ubicada a unos 80 años luz de la Tierra. "El planeta tiene un tamaño similar al de Júpiter, pero la enana blanca que orbita tiene el tamaño de la Tierra, por lo que el planeta es siete veces más grande que su estrella", explicó el autor principal, Ryan MacDonald, de la Universidad de St. Andrews en el Reino Unido.

WD 1856 b orbita extremadamente cerca de su estrella anfitriona, a una distancia 50 veces menor que la que separa la Tierra del Sol. Si WD 1856 b hubiera orbitado originalmente a esa distancia, habría sido aniquilado cuando la estrella era una gigante roja. ¿Cómo sobrevivió a la muerte de su estrella anfitriona y terminó en su posición actual?

Qué grande, qué caliente

El nuevo estudio utilizó el telescopio Webb para observar el paso del planeta frente a su estrella. Este tránsito proporcionó información única sobre la masa del planeta, que oscila entre cuatro y once veces la masa de Júpiter.

El equipo también pudo determinar la temperatura del planeta. Durante el tránsito, la luz de la estrella se bloqueó parcialmente, pero la luz infrarroja se redujo menos que otras longitudes de onda. La diferencia radicaba en la luz infrarroja emitida por el planeta debido a su propio calor. Los datos indicaron que el planeta tiene una temperatura de aproximadamente 260 grados Fahrenheit (126 grados Celsius), significativamente más alta de lo que sería si su única fuente de calor fuera la luz de la enana blanca. Este enigmático descubrimiento resultó ser la clave para demostrar cómo el planeta debió haber alcanzado su órbita actual.

Christopher O'Connor, de la Universidad Northwestern en Illinois, coautor del artículo, fue el responsable de rastrear la temperatura del planeta a lo largo del tiempo. O'Connor explicó: “La gran incógnita es cómo WD 1856 b llegó a su posición actual, y existen dos teorías. Una es que el planeta fue engullido por la estrella anfitriona mientras agonizaba y logró sobrevivir en su interior. La otra es que la migración se produjo debido al efecto gravitacional de otros objetos del sistema. La enana blanca forma parte de un sistema estelar triple, y las estrellas compañeras podrían haber influido en la órbita de WD 1856 b”.

Los investigadores se dieron cuenta de que no había ninguna fuente de energía presente que generara ese calor en la actualidad, por lo que debía tratarse de energía residual de un período anterior en el que el planeta se calentó. Utilizando modelos de cómo se enfrían con el tiempo los objetos subestelares como WD 1856 b, junto con los nuevos datos del telescopio Webb, el equipo pudo proyectar su temperatura hacia el pasado y deducir cuánto tiempo hace que debió haber ocurrido el calentamiento. La cronología es clave para determinar si el calentamiento se debió a la absorción por la gigante roja o si ocurrió durante una migración hacia el interior.

Concluyeron que el calentamiento probablemente ocurrió entre 3 y 5.5 mil millones de años después de que la estrella se convirtiera en una enana blanca. En este escenario, el planeta se encontraba en una órbita amplia que lo protegió de la estrella durante su fase de gigante roja destructiva, y solo migró a su ubicación actual posteriormente. "A medida que el planeta se desplazaba hacia el interior, sus interacciones con la fuerte gravedad de la enana blanca habrían provocado un calentamiento considerable, y desde entonces se ha estado enfriando", afirmó O'Connor.

La luz de la estrella que atravesaba la atmósfera del planeta también permitió obtener información sobre su composición química. «Observamos las características señales de pequeñas partículas de nubes e hidrocarburos, muy probablemente metano, lo que supone la primera vez que vemos una atmósfera en un planeta que transita una estrella muerta», declaró la coautora Victoria Boehm, de la Universidad de Cornell. «Recientemente observamos cuatro tránsitos más de WD 1856 b con el telescopio Webb para analizar con mayor profundidad la química de su atmósfera y estamos ansiosos por ver los resultados».

Imagen: Exoplaneta WD 1856 b (Espectro de transmisión)

El telescopio espacial James Webb de la NASA midió la composición del exoplaneta WD 1856 b mientras este pasaba frente a su estrella, detectando indicios de metano. WD 1856 b orbita una enana blanca del tamaño de la Tierra. Como resultado, el planeta bloquea más de la mitad de la luz de la estrella.

Ilustración: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

El posible futuro del sistema solar

En aproximadamente cinco mil millones de años, el Sol agotará su combustible de hidrógeno en su núcleo y se expandirá hasta alcanzar un tamaño más de 100 veces mayor que el actual, convirtiéndose en una estrella gigante roja. Posteriormente, desprenderá sus capas exteriores y finalizará su vida como una enana blanca. Mercurio, Venus y posiblemente la Tierra serán destruidos por la gigante roja. Sin embargo, el destino de los planetas más distantes, en particular los gigantes gaseosos, es incierto. Encontrar y estudiar planetas en órbita alrededor de los restos de estrellas similares al Sol tras su muerte es una forma de comprender qué podría suceder en nuestro propio sistema solar en un futuro lejano.

“Estamos acostumbrados a mirar hacia el pasado cuando usamos telescopios, pero esta es la primera vez que hemos podido vislumbrar lo que podría suceder con los planetas exteriores que orbitan los restos de una estrella similar al Sol”, dijo MacDonald. “Es como usar una máquina del tiempo para observar el futuro lejano de nuestro sistema solar”.

El Hubble espía la lámpara de araña estrellada

Esta imagen del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA muestra el cúmulo globular NGC 6723, a veces llamado el Cúmulo del Candelabro.

ESA/Hubble y NASA, A. Sarajedini, G. Piotto

La imagen de hoy del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA muestra a un antiguo habitante de nuestra galaxia. Esta deslumbrante escena presenta un cúmulo globular : una colección de decenas de miles o millones de estrellas, todas fuertemente unidas por la gravedad. Existen más de 150 cúmulos globulares en nuestra galaxia, aunque es posible que haya otros aún por descubrir, ocultos a la vista por el polvo o de densos campos estelares.

Este cúmulo globular, NGC 6723, a veces llamado el Cúmulo del Candelabro, se asemeja mucho a su nombre, ya que brilla con innumerables luces. Sin embargo, cada "bombilla" de este candelabro es una estrella individual ubicada a 27 000 años luz de distancia en la constelación de Sagitario (el Arquero).

Los cúmulos globulares, como NGC 6723, contienen algunas de las estrellas más antiguas de nuestra galaxia. Estos cúmulos tienen edades que a menudo superan los 10 mil millones de años, y algunos son casi tan antiguos como el universo mismo. Los astrónomos creen que los cúmulos globulares son algunas de las primeras estructuras que se formaron en nuestra galaxia, coalesciendo potencialmente miles de millones de años antes del delgado disco de estrellas en el que orbita nuestro Sol. Sin embargo, los detalles de cómo se formaron los cúmulos globulares aún no se conocen con certeza.

Inicialmente, los astrónomos creían que todas las estrellas de un cúmulo globular se formaban simultáneamente en un único evento estelar. Esto implicaría que todas las estrellas tendrían la misma edad y estarían compuestas de la misma mezcla de elementos químicos. Ahora, gracias a las observaciones de telescopios como el Hubble, los investigadores saben que estas poblaciones estelares, aparentemente simples, tienen historias más complejas de lo que se pensaba.

El Hubble observó por primera vez NGC 6723 como parte de un ambicioso estudio dedicado a desentrañar las propiedades de los cúmulos globulares en nuestra galaxia, la Vía Láctea. En este programa de observación (n.º 10775 , investigador principal: Sarajedini), los investigadores utilizaron el Hubble para estudiar 65 cúmulos globulares en nuestra galaxia en luz visible e infrarroja cercana . Estos datos permitieron a los investigadores estudiar desde la edad de los cúmulos globulares hasta el proceso por el cual las estrellas masivas se hunden hacia el centro de un cúmulo estelar y las estrellas de menor masa se desplazan hacia las afueras del cúmulo. Este estudio ha sido de inmenso valor científico y estas observaciones han inspirado cientos de artículos de investigación publicados.

En un programa de observación posterior (n.º 13297 , investigador principal: Piotto), los investigadores volvieron a centrar su atención en muchos de estos mismos cúmulos, incluido NGC 6723. En esta ocasión, utilizaron la sensibilidad única del Hubble a la luz ultravioleta para detectar las sutiles variaciones en la composición química entre las estrellas de los cúmulos globulares y determinar la dispersión de edades entre las estrellas de los cúmulos. Para NGC 6723, los investigadores encontraron evidencia de dos períodos de formación estelar muy próximos entre sí, el segundo ocurrido en un lapso de 634 millones de años respecto al primero. (El término "muy próximos" es relativo; ¡634 millones de años es un abrir y cerrar de ojos para un cúmulo estelar de más de 10 mil millones de años!).

Gracias a estos hallazgos, los astrónomos están en camino de comprender cómo y cuándo se formaron los cúmulos globulares, y las observaciones del Hubble de estructuras celestes como NGC 6723 están iluminando el camino.

Texto cortesía de: ESA/Hubble

El Hubble capta a M88 en su viaje hacia el centro del cúmulo de Virgo.

Esta imagen del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA muestra la galaxia espiral Messier 88 (M88).
 ESA/Hubble y NASA, D. Thilker

Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA se centra en una galaxia espiral activa que recorre cientos de millones de años. La galaxia Messier 88 (M88), también conocida como NGC 4501, se encuentra a unos 63 millones de años luz de distancia en la constelación de Coma Berenices (Cabello de Berenice).

M88 es una galaxia activa, lo que significa que en su centro alberga un agujero negro supermasivo que se alimenta de gas y polvo. Los astrónomos estiman que el agujero negro tiene una masa aproximadamente 100 millones de veces mayor que la del Sol, y parece estar impulsando la expulsión de gas del centro de la galaxia.

Una población de estrellas viejas y rojizas alrededor del agujero negro le da a M88 su cálido resplandor central. Desde el centro de la galaxia se extienden varios brazos espirales simétricos y compactos, cada uno delineado por brillantes cúmulos estelares rosados ​​y azules y nubes de polvo anudadas. Vemos M88 desde un ángulo que la hace parecer alargada, y sus brazos espirales se despliegan delicadamente ante ella.

M88 pertenece al Cúmulo de Virgo, una agrupación de más de mil galaxias unidas por la gravedad. A medida que este enorme grupo de galaxias se desplaza por el espacio, las galaxias se encuentran en constante movimiento al orbitar alrededor del centro de gravedad del cúmulo. M88 emprende un largo y, en cierto modo, peligroso viaje cósmico que la llevará a los confines del cúmulo.

Como ocurre con cualquier viaje épico, M88 se verá fundamentalmente transformada por su travesía hacia el centro del Cúmulo de Virgo, a unos dos millones de años luz de su posición actual. Dentro de 200 a 300 millones de años, M88 alcanzará su punto más cercano a Messier 87 , la enorme galaxia elíptica que constituye el eje central del cúmulo. Al aproximarse a este coloso gravitacional, M88 experimentará un intenso proceso de arrastre por presión. Este proceso consiste en la expulsión del gas de una galaxia al atravesar el gas omnipresente entre las galaxias del cúmulo.

Los investigadores ya han observado este proceso en M88. El disco de gas giratorio de la galaxia está truncado y parece comprimido en su borde frontal, acumulando gas y polvo como nieve antes de ser arado. De hecho, M88 parece tener considerablemente menos gas frío —el combustible fundamental para la formación estelar— de lo esperado para una galaxia de su tamaño, especialmente en sus regiones exteriores. Esto indica claramente que M88 se verá alterada por su trayectoria, lo que afectará su capacidad para formar estrellas y modificará el curso de su evolución.

Los astrónomos observaron M88 con el Hubble como parte de un programa de observación (n.º 18103 ; investigador principal: D. Thilker) dedicado a comprender la vida de las galaxias espirales en entornos densos. Este programa utiliza la Cámara de Campo Amplio 3 del Hubble , que puede resolver con precisión cúmulos estelares y nebulosas individuales en galaxias situadas a decenas de millones de años luz de distancia. Al estudiar galaxias a estas escalas, los astrónomos pueden comprender cómo el paso por un cúmulo influye en la evolución de una galaxia y en su capacidad para formar nuevas estrellas.

Texto cortesía de: ESA/Hubble

Un faro de luz en remolinos de polvo

 Los brazos espirales de la galaxia son visibles como dos líneas de burbujas naranjas brillantes que giran hacia el disco. Nubes azules de polvo en remolino conforman el resto de la galaxia.

En el corazón de M77 se encuentra una región compacta repleta de gas caliente que brilla con luz propia, superando incluso la capacidad de captación de luz de las cámaras del telescopio Webb. Se trata de un núcleo galáctico activo (AGN), alimentado por el agujero negro supermasivo central de M77, cuya masa es ocho millones de veces mayor que la de nuestro Sol. El gas de las regiones centrales de la galaxia es atraído por la intensa gravedad hacia una órbita rápida y compacta alrededor del agujero negro, donde colisiona y se calienta, liberando enormes cantidades de radiación.

Las brillantes líneas naranjas que parecen irradiar desde el centro de M77 no son en realidad una característica de la galaxia: son un tipo de distorsión que surge del diseño óptico del telescopio. Llamadas picos de difracción , se crean porque la intensa luz del núcleo galáctico activo (AGN) no resuelto se desvía (difracta) muy ligeramente en los bordes de los paneles de espejos hexagonales del Webb y alrededor de uno de los puntales que sostienen su espejo secundario. Este distintivo patrón de seis más dos puntas es el mismo para cualquier imagen tomada por el Webb. Para que aparezcan los picos de difracción, la fuente de luz tiene que ser muy brillante y muy concentrada, por lo que se ven con mayor frecuencia en las estrellas . Pero en algunas galaxias, como en este caso, el núcleo es lo suficientemente brillante y compacto como para que también aparezcan los picos de difracción.

M77 no solo es conocida por su AGN fácilmente visible, sino también por ser una galaxia con una prolífica formación estelar. La imagen en infrarrojo cercano de M77 revela una barra que se extiende por la región central, la cual no aparece en las imágenes de luz visible de la galaxia. Esta barra está rodeada por un anillo brillante, llamado anillo de formación estelar, formado por los extremos internos de los dos brazos espirales de M77. Las regiones de formación estelar en las galaxias se caracterizan por tasas de formación estelar extremadamente altas. Este anillo tiene más de 6000 años luz de diámetro y muestra intensos y extensos brotes de formación estelar, visibles en esta imagen por las densas burbujas naranjas que lo rodean. Dado que M77 se encuentra relativamente cerca de la Tierra, este anillo de formación estelar es un ejemplo muy estudiado de este fenómeno.

Como galaxia espiral activa, el disco de M77 está repleto de gas y polvo, producto y combustible de la formación estelar futura. El instrumento MIRI del telescopio Webb completa nuestra visión de la galaxia con el resplandor de los granos de polvo interestelar emitidos en longitudes de onda más largas, que se muestran aquí en azul. El polvo forma un enorme vórtice de filamentos humeantes y arremolinados con cavidades entre ellos. Las brillantes burbujas anaranjadas, esculpidas por los cúmulos estelares recién formados, también son claramente visibles a lo largo de los brazos de la galaxia.

Más allá de la visión bastante precisa del telescopio Webb, los brazos de M77 se unen formando un tenue anillo extendido de gas de hidrógeno de miles de años luz de ancho, donde continúa la formación estelar. Vastos y tenues filamentos de gas de hidrógeno se extienden a través de este anillo hacia el espacio intergaláctico, formando una capa externa alrededor de la galaxia. Debido a la apariencia de tentáculos de estos filamentos, M77 también recibe el nombre de Galaxia Calamar.

Los datos utilizados para crear esta imagen provienen de un programa de observación (n.º 3707 ) que estudió galaxias masivas, cercanas y con intensa formación estelar, creando así un valioso conjunto de datos útil para numerosas investigaciones científicas. Como se puede apreciar, la impresionante resolución de los instrumentos del telescopio Webb revela cúmulos estelares y ricos reservorios de gas, que permiten explorar el ciclo de formación, vida y muerte estelar en estas y otras galaxias.

La NASA revela nuevos detalles sobre la influencia de la materia oscura en el universo

Esta imagen, que contiene casi 800.000 galaxias, del Telescopio Espacial James Webb de la NASA se superpone a un mapa de materia oscura, representado en azul. Los investigadores utilizaron datos del Webb para encontrar esta sustancia invisible mediante su influencia gravitacional sobre la materia ordinaria.

NASA/STScI/J. DePasquale/A. Pagano

Gracias a la sensibilidad sin precedentes del telescopio Webb, los científicos están aprendiendo más sobre la influencia de la materia oscura en las estrellas, las galaxias e incluso planetas como la Tierra.

Científicos, utilizando datos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, han creado uno de los mapas de materia oscura más detallados y de alta resolución jamás creados. Muestra cómo este material invisible y fantasmal se superpone y se entrelaza con la materia común, la que compone las estrellas, las galaxias y todo lo que podemos ver.

El mapa se basa en investigaciones anteriores para proporcionar confirmación adicional y nuevos detalles sobre cómo la materia oscura ha dado forma al universo en las escalas más grandes (cúmulos de galaxias de millones de años luz de diámetro) que finalmente dan origen a galaxias, estrellas y planetas como la Tierra.

“Este es el mapa de materia oscura más grande que hemos creado con el Webb , y es el doble de nítido que cualquier mapa de materia oscura realizado por otros observatorios”, afirmó Diana Scognamiglio, autora principal del artículo y astrofísica del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. “Anteriormente, observábamos una imagen borrosa de la materia oscura. Ahora, gracias a la increíble resolución del Webb, vemos el andamiaje invisible del universo con un detalle asombroso”.

La materia oscura no emite, refleja, absorbe ni bloquea la luz, y atraviesa la materia ordinaria como un fantasma. Sin embargo, sí interactúa con el universo a través de la gravedad, algo que el mapa muestra con una claridad inédita. La evidencia de esta interacción reside en el grado de superposición entre la materia oscura y la materia ordinaria. Según los autores del artículo, las observaciones de Webb confirman que esta estrecha alineación no puede ser una coincidencia, sino que se debe a que la gravedad de la materia oscura ha atraído a la materia ordinaria hacia ella a lo largo de la historia cósmica.

“Dondequiera que vemos un gran cúmulo de miles de galaxias, también vemos una cantidad igualmente masiva de materia oscura en el mismo lugar. Y cuando vemos una delgada cadena de materia regular que conecta dos de esos cúmulos, también vemos una cadena de materia oscura”, afirmó Richard Massey, astrofísico de la Universidad de Durham (Reino Unido) y coautor del nuevo estudio. “No se trata solo de que tengan la misma forma. Este mapa nos muestra que la materia oscura y la materia regular siempre han estado en el mismo lugar. Crecieron juntas”.

Una mirada más de cerca

Ubicada en la constelación de Sextante, el área que abarca el nuevo mapa es una sección del cielo aproximadamente 2,5 veces más grande que la Luna llena. Una comunidad global de científicos ha observado esta región con al menos 15 telescopios terrestres y espaciales para el Estudio de la Evolución Cósmica (COSMOS). Su objetivo: medir con precisión la ubicación de la materia regular en esta zona y compararla con la de la materia oscura. El primer mapa de materia oscura de esta zona se elaboró ​​en 2007 con datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA , un proyecto dirigido por Massey y el astrofísico del JPL Jason Rhodes, coautor del artículo.

Webb observó esta región durante aproximadamente 255 horas e identificó casi 800.000 galaxias, algunas de las cuales se detectaron por primera vez. Scognamiglio y sus colegas buscaron entonces materia oscura observando cómo su masa curva el propio espacio, lo que a su vez desvía la luz que llega a la Tierra desde galaxias distantes. Al ser observada por los investigadores, es como si la luz de esas galaxias hubiera atravesado un cristal deformado.

El mapa del Webb contiene aproximadamente diez veces más galaxias que los mapas de la zona realizados por observatorios terrestres y el doble que el del Hubble. Revela nuevos cúmulos de materia oscura y captura una vista de mayor resolución de las áreas previamente observadas por el Hubble.

Para refinar las mediciones de la distancia a numerosas galaxias para el mapa, el equipo utilizó el Instrumento de Infrarrojo Medio del Webb ( MIRI ), diseñado y gestionado desde su lanzamiento por el JPL, junto con otros telescopios espaciales y terrestres. Las longitudes de onda que detecta MIRI también lo hacen idóneo para detectar galaxias ocultas por nubes de polvo cósmico.

Por qué es importante

Cuando el universo comenzó, la materia regular y la materia oscura probablemente estaban dispersas. Los científicos creen que la materia oscura comenzó a acumularse primero y que estas acumulaciones luego atrajeron la materia regular, creando regiones con suficiente material para que se formaran estrellas y galaxias.

De esta manera, la materia oscura determinó la distribución a gran escala de las galaxias en el universo. Y al propiciar que la formación de galaxias y estrellas comenzara antes de lo que habría ocurrido de otro modo, la influencia de la materia oscura también influyó en la creación de las condiciones para la formación de los planetas. Esto se debe a que las primeras generaciones de estrellas fueron responsables de convertir el hidrógeno y el helio —que constituían la gran mayoría de los átomos en el universo primitivo— en la rica variedad de elementos que ahora componen planetas como la Tierra. En otras palabras, la materia oscura proporcionó más tiempo para la formación de planetas complejos.

“Este mapa proporciona evidencia más sólida de que, sin materia oscura, podríamos no tener los elementos en nuestra galaxia que permitieron el surgimiento de la vida”, dijo Rhodes. “La materia oscura no es algo que encontremos en nuestra vida cotidiana en la Tierra, ni siquiera en nuestro sistema solar, pero sin duda nos ha influenciado”.

Scognamiglio y algunos de sus coautores también cartografiarán la materia oscura con el próximo Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA , en un área 4400 veces mayor que la región COSMOS. Los principales objetivos científicos de Roman incluyen aprender más sobre las propiedades fundamentales de la materia oscura y cómo podrían haber cambiado a lo largo de la historia cósmica. Sin embargo, los mapas de Roman no superarán la resolución espacial del Webb. Un análisis más detallado de la materia oscura solo será posible con un telescopio de nueva generación como el Observatorio de Mundos Habitables, el próximo proyecto astrofísico insignia de la NASA.

Detectan por primer vez asteroides colisionando con una estrella cercana.

Como en un juego de autos chocadores cósmicos, los científicos creen que los inicios de nuestro sistema solar fueron una época de violenta agitación, con planetesimales, asteroides y cometas colisionando y arrojando escombros sobre la Tierra, la Luna y los demás planetas interiores. Ahora, en un hito histórico, el Telescopio Espacial Hubble de la NASA ha captado imágenes directas de colisiones catastróficas similares en un sistema planetario cercano alrededor de otra estrella, Fomalhaut.

“Esta es sin duda la primera vez que veo aparecer un punto de luz de la nada en un sistema exoplanetario”, declaró el investigador principal Paul Kalas, de la Universidad de California, Berkeley. “Está ausente en todas nuestras imágenes anteriores del Hubble, lo que significa que acabamos de presenciar una violenta colisión entre dos objetos masivos y una enorme nube de escombros, algo nunca visto en nuestro sistema solar actual. ¡Increíble!”

A tan solo 25 años luz de la Tierra, Fomalhaut es una de las estrellas más brillantes del cielo nocturno. Ubicada en la constelación de Piscis Austrinus, también conocida como el Pez Austral, es más masiva y brillante que el Sol y está rodeada por varios cinturones de polvo.

Esta imagen compuesta del Telescopio Espacial Hubble muestra el anillo de escombros y las nubes de polvo cs1 y cs2 alrededor de la estrella Fomalhaut. Fomalhaut está oculta para permitir la observación de sus características más tenues. Su ubicación está marcada por la estrella blanca.

Imagen: NASA, ESA, Paul Kalas (UC Berkeley); Procesamiento de imágenes: Joseph DePasquale (STScI)

En 2008, los científicos utilizaron el Hubble para descubrir un posible planeta alrededor de Fomalhaut, convirtiéndolo en el primer sistema estelar con un posible planeta hallado mediante luz visible. Ese objeto, llamado Fomalhaut b, ahora parece ser una nube de polvo que se hace pasar por un planeta, resultado de la colisión de planetesimales. Durante la búsqueda de Fomalhaut b en observaciones recientes del Hubble, los científicos se sorprendieron al encontrar un segundo punto de luz en una ubicación similar alrededor de la estrella. A este objeto lo denominan "fuente circunestelar 2" o "cs2", mientras que el primer objeto ahora se conoce como "cs1".

Abordando los misterios de las colisiones de planetesimales

Por qué los astrónomos observan estas dos nubes de escombros tan cerca una de la otra es un misterio. Si las colisiones entre asteroides y planetesimales fueran aleatorias, cs1 y cs2 deberían aparecer por casualidad en lugares no relacionados. Sin embargo, su ubicación es curiosamente cercana a lo largo de la porción interna del disco de escombros exterior de Fomalhaut.

Otro misterio es por qué los científicos han presenciado estos dos eventos en tan poco tiempo. «La teoría anterior sugería que debería haber una colisión cada 100.000 años, o más. Aquí, en 20 años, hemos visto dos», explicó Kalas. «Si tuvieras una película de los últimos 3.000 años, acelerada para que cada año fuera una fracción de segundo, imagina cuántos destellos verías durante ese tiempo. El sistema planetario de Fomalhaut brillaría con estas colisiones».

Las colisiones son fundamentales para la evolución de los sistemas planetarios, pero son raras y difíciles de estudiar.

Esta concepción artística muestra la secuencia de eventos que condujeron a la creación de la nube de polvo cs2 alrededor de la estrella Fomalhaut. En el Panel 1, la estrella Fomalhaut aparece en la esquina superior izquierda. Dos puntos blancos, ubicados en la esquina inferior derecha, representan los dos objetos masivos que orbitan alrededor de Fomalhaut. En el Panel 2, los objetos se aproximan. El Panel 3 muestra la violenta colisión de estos dos objetos. En el Panel 4, la nube de polvo cs2 resultante se hace visible y la luz estelar empuja los granos de polvo lejos de la estrella.

Obra de arte: NASA, ESA, STScI, Ralf Crawford (STScI)

“Lo emocionante de esta observación es que permite a los investigadores estimar tanto el tamaño de los cuerpos en colisión como su número en el disco, información casi imposible de obtener por otros medios”, afirmó el coautor Mark Wyatt, de la Universidad de Cambridge (Inglaterra). “Nuestras estimaciones sitúan los planetesimales destruidos para crear cs1 y cs2 en tan solo 60 kilómetros de diámetro, e inferimos que hay 300 millones de objetos de este tipo orbitando el sistema de Fomalhaut”.

“El sistema es un laboratorio natural para investigar cómo se comportan los planetesimales cuando sufren colisiones, lo que a su vez nos dice de qué están hechos y cómo se formaron”, explicó Wyatt.

Cuento con moraleja

La naturaleza transitoria de Fomalhaut cs1 y cs2 plantea desafíos para futuras misiones espaciales destinadas a obtener imágenes directas de exoplanetas. Dichos telescopios podrían confundir nubes de polvo como cs1 y cs2 con planetas reales.

“Fomalhaut cs2 se ve exactamente como un planeta extrasolar que refleja la luz estelar”, dijo Kalas. “Lo que aprendimos al estudiar cs1 es que una gran nube de polvo puede camuflarse como un planeta durante muchos años. Esta es una advertencia para futuras misiones que busquen detectar planetas extrasolares en luz reflejada”.

Mirando hacia el futuro

Kalas y su equipo han recibido tiempo del Hubble para monitorear cs2 durante los próximos tres años. Quieren observar su evolución: ¿se desvanece o se vuelve más brillante? Al estar más cerca del cinturón de polvo que cs1, es más probable que la nube de cs2 en expansión comience a encontrarse con otros materiales en el cinturón. Esto podría provocar una avalancha repentina de más polvo en el sistema, lo que podría aumentar el brillo de toda el área circundante.

Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA; Productor principal: Paul Morris

"Estaremos rastreando cs2 para detectar cualquier cambio en su forma, brillo y órbita a lo largo del tiempo", dijo Kalas. "Es posible que cs2 comience a adquirir una forma más ovalada o cometaria a medida que los granos de polvo son empujados hacia afuera por la presión de la luz estelar".

El equipo también utilizará el instrumento NIRCam (Cámara de Infrarrojos Cercanos) del Telescopio Espacial James Webb de la NASA para observar cs2. El NIRCam del Webb puede proporcionar información de color que revela el tamaño de los granos de polvo de la nube y su composición. Incluso puede determinar si la nube contiene hielo de agua.

El Hubble y el Webb son los únicos observatorios capaces de obtener este tipo de imágenes. Mientras que el Hubble observa principalmente en longitudes de onda visibles, el Webb pudo observar cs2 en el infrarrojo. Estas longitudes de onda diferentes y complementarias son necesarias para proporcionar una amplia investigación multiespectral y una imagen más completa del misterioso sistema Fomalhaut y su rápida evolución.

Esta investigación aparece en la edición del 18 de diciembre de Science .

Una galaxia desconcertante

Esta imagen del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA muestra la galaxia NGC 2775.
ESA/Hubble y NASA, F. Belfiore, J. Lee y el equipo PHANGS-HST

Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA muestra una galaxia difícil de categorizar. Se trata de NGC 2775, ubicada a 67 millones de años luz de distancia, en la constelación de Cáncer (el Cangrejo). NGC 2775 presenta un centro liso y monótono, carente de gas, similar a una galaxia elíptica. También presenta un anillo polvoriento con cúmulos estelares irregulares, similar a una galaxia espiral. ¿Cuál es: espiral, elíptica o ninguna?

Dado que solo podemos observar NGC 2775 desde un ángulo, es difícil afirmarlo con certeza. Algunos investigadores la clasifican como una galaxia espiral debido a su fino anillo de estrellas y polvo, mientras que otros la clasifican como una galaxia lenticular. Las galaxias lenticulares comparten características comunes tanto a las galaxias espirales como a las elípticas.

Los astrónomos no están seguros de cómo se forman las galaxias lenticulares, y podrían formarse de diversas maneras. Podrían ser galaxias espirales que se fusionaron con otras galaxias, o que prácticamente han agotado el gas formador de estrellas y han perdido sus prominentes brazos espirales. También podrían haber sido inicialmente galaxias elípticas y luego haber acumulado gas formando un disco a su alrededor.

Algunas evidencias sugieren que NGC 2775 se fusionó con otras galaxias en el pasado. Invisible en esta imagen del Hubble, NGC 2775 tiene una cola de gas hidrógeno que se extiende casi 100.000 años luz alrededor de la galaxia. Esta tenue cola podría ser el remanente de una o más galaxias que se acercaron demasiado a NGC 2775 antes de ser expandidas y absorbidas. Si NGC 2775 se fusionó con otras galaxias en el pasado, esto podría explicar su extraña apariencia actual.

La mayoría de los astrónomos clasifican a NGC 2775 como una galaxia espiral floculenta. Las espirales floculentas tienen brazos discontinuos y poco definidos, que a menudo se describen como "plumas" o como "mechones" de estrellas que forman brazos espirales de forma laxa.

El Hubble publicó previamente una imagen de NGC 2775 en 2020. Esta nueva versión añade observaciones de una longitud de onda específica de luz roja emitida por nubes de gas hidrógeno que rodean estrellas jóvenes masivas, visibles como grumos brillantes y rosados ​​en la imagen. Esta longitud de onda adicional ayuda a los astrónomos a definir mejor dónde se forman nuevas estrellas en la galaxia.

Messier 96; la más brillante de su grupo.

Esta imagen del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA muestra

la galaxia espiral asimétrica Messier 96. 

ESA/Hubble y NASA, F. Belfiore, D. Calzetti

Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA muestra una galaxia cuya apariencia asimétrica podría ser el resultado de un tira y afloja galáctico. Ubicada a 35 millones de años luz de distancia, en la constelación de Leo, la galaxia espiral Messier 96 es la más brillante de su grupo. La atracción gravitatoria de sus vecinas galácticas podría ser responsable de la distribución desigual de gas y polvo, los brazos espirales asimétricos y el núcleo galáctico descentrado de Messier 96.

Esta apariencia asimétrica se aprecia plenamente en la nueva imagen del Hubble, que incorpora datos de observaciones realizadas en luz ultravioleta, infrarroja cercana y luz visible/óptica. Imágenes anteriores del Hubble de Messier 96 se publicaron en 2015 y 2018. Cada imagen sucesiva añadió nuevos datos, creando una vista hermosa y de gran valor científico de la galaxia.

La imagen de 2015 combinó dos longitudes de onda de luz óptica con una longitud de onda infrarroja cercana. La luz óptica reveló la forma irregular del polvo y el gas de la galaxia, distribuidos asimétricamente a lo largo de sus débiles brazos espirales y su núcleo descentrado, mientras que la luz infrarroja reveló el calor de las estrellas formándose en las nubes, sombreadas en rosa en la imagen.

La imagen de 2018 agregó dos longitudes de onda ópticas más de luz junto con una longitud de onda de luz ultravioleta que señaló áreas donde se están formando estrellas jóvenes de alta energía.

Esta última versión nos ofrece una nueva perspectiva sobre la formación estelar de Messier 96. Incluye la adición de luz que revela regiones de hidrógeno ionizado (H-alfa) y nitrógeno (NII). Estos datos ayudan a los astrónomos a determinar el entorno dentro de la galaxia y las condiciones en las que se forman las estrellas. El hidrógeno ionizado rastrea la formación estelar en curso, revelando regiones donde estrellas jóvenes y calientes ionizan el gas. El nitrógeno ionizado ayuda a los astrónomos a determinar la tasa de formación estelar y las propiedades del gas entre las estrellas, mientras que la combinación de ambos gases ionizados ayuda a los investigadores a determinar si la galaxia es una galaxia con brotes de formación estelar o una con un núcleo galáctico activo .

Las burbujas de gas rosa en esta imagen rodean estrellas jóvenes, calientes y masivas, iluminando un anillo de formación estelar en las afueras de la galaxia. Estas jóvenes estrellas aún se encuentran en las nubes de gas de las que nacieron. Los astrónomos utilizarán los nuevos datos de esta imagen para estudiar cómo se forman las estrellas dentro de gigantescas nubes de gas y polvo, cómo el polvo filtra la luz estelar y cómo las estrellas afectan a su entorno.

Una espiral rica en supernovas

Esta imagen del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA muestra la galaxia espiral NGC 1309 de frente.

ESA/Hubble y NASA, L. Galbany, S. Jha, K. Noll, A. Riess

La galaxia espiral NGC 1309, rica en detalles, brilla en esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA . NGC 1309 se encuentra a unos 100 millones de años luz de distancia, en la constelación de Eridanus.

Esta impresionante imagen del Hubble abarca las estrellas azuladas de NGC 1309, sus nubes de gas marrón oscuro y su núcleo blanco perlado, así como cientos de galaxias distantes de fondo. Casi cada mancha, rayo y mancha de luz en esta imagen es una galaxia individual, algunas brillando a través de regiones menos densas de la propia NGC 1309. La única excepción a este conjunto extragaláctico es una estrella cerca de la parte superior de la imagen, identificada por sus picos de difracción . La estrella se encuentra a tan solo unos miles de años luz de distancia, en la Vía Láctea.

El Hubble dirigió su atención hacia NGC 1309 varias veces; las imágenes anteriores del Hubble de esta galaxia se publicaron en 2006 y 2014. Gran parte del interés científico de NGC 1309 se deriva de dos supernovas, SN 2002fk en 2002 y SN 2012Z en 2012. SN 2002fk fue un ejemplo perfecto de una supernova de tipo Ia, que se produce cuando explota el núcleo despojado de una estrella muerta (una enana blanca ).

SN 2012Z, por otro lado, fue un poco rebelde. Se clasificó como una supernova de tipo Iax: si bien su espectro se asemejaba al de una supernova de tipo Ia, la explosión no fue tan brillante como se esperaba. Las observaciones del Hubble mostraron que, en este caso, la supernova no destruyó completamente a la enana blanca, dejando tras de sí una «estrella zombi» que brilló aún más que antes de la explosión. Las observaciones del Hubble de NGC 1309, realizadas a lo largo de varios años, también hicieron que esta fuera la primera vez que los astrónomos detectaran un sistema estelar que posteriormente produjo una inusual explosión de supernova de una enana blanca.

Cúmulo de galaxias Abell 209

Esta imagen del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA muestra el cúmulo de galaxias Abell 209.

ESA/Hubble y NASA, M. Postman, P. Kelly

La imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA muestra un cúmulo masivo de galaxias que distorsiona el espacio-tiempo. El cúmulo de galaxias en cuestión es Abell 209, ubicado a 2.800 millones de años luz de distancia en la constelación de Cetus (la Ballena).

Esta imagen del Hubble de Abell 209 muestra más de cien galaxias, pero este cúmulo esconde mucho más de lo que puede ver incluso el ojo perspicaz del Hubble.

 Las galaxias de Abell 209 están separadas por millones de años luz, y el espacio aparentemente vacío entre ellas está lleno de gas caliente y difuso, visible solo en longitudes de onda de rayos X. Un ocupante aún más esquivo de este cúmulo de galaxias es la materia oscura : una forma de materia que no interactúa con la luz. La materia oscura no absorbe, refleja ni emite luz, lo que la hace prácticamente invisible para nosotros. Los astrónomos detectan la materia oscura por su influencia gravitatoria sobre la materia normal. Los astrónomos suponen que el universo está compuesto por un 5 % de materia normal, un 25 % de materia oscura y un 70 % de energía oscura.

Las observaciones del Hubble, como las utilizadas para crear esta imagen, pueden ayudar a los astrónomos a responder preguntas fundamentales sobre nuestro universo, incluyendo los misterios en torno a la materia oscura y la energía oscura. Estas investigaciones aprovechan la inmensa masa de un cúmulo de galaxias, que puede deformar el tejido del espacio-tiempo y crear imágenes deformadas y magnificadas de las galaxias y estrellas del fondo mediante un proceso denominado efecto de lente gravitacional .

Si bien esta imagen carece de los dramáticos anillos que a veces crea la lente gravitacional, Abell 209 aún muestra sutiles indicios de su acción, en forma de galaxias veteadas y ligeramente curvadas dentro del resplandor dorado del cúmulo. Al medir la distorsión de estas galaxias, los astrónomos pueden cartografiar la distribución de masa dentro del cúmulo, iluminando la nube subyacente de materia oscura. Esta información, proporcionada por la alta resolución y la sensibilidad de los instrumentos del Hubble, es crucial para comprobar las teorías sobre la evolución de nuestro universo.

El telescopio Webb de la NASA "perfora" el cúmulo de balas y refina su masa

El Telescopio Espacial James Webb de la NASA se centró recientemente en el Cúmulo Bala, obteniendo imágenes muy detalladas que muestran una abundancia sin precedentes de galaxias extremadamente tenues y distantes. Gracias a las nítidas observaciones del Webb en el infrarrojo cercano de esta región, los investigadores han cartografiado con mayor precisión el contenido de los cúmulos de galaxias en colisión .

“Con las observaciones del telescopio Webb, medimos cuidadosamente la masa del Cúmulo Bala con el mayor conjunto de datos de efecto de lente hasta la fecha, desde los núcleos de los cúmulos de galaxias hasta sus extremos”, afirmó Sangjun Cha, autor principal del artículo publicado en The Astrophysical Journal Letters y estudiante de doctorado en la Universidad Yonsei de Seúl, Corea del Sur. (Estudios previos del Cúmulo Bala con otros telescopios se basaron en datos de efecto de lente significativamente menores, lo que resultó en estimaciones menos precisas de la masa del sistema).

"Las imágenes de Webb mejoran dramáticamente lo que podemos medir en esta escena, incluyendo la localización de partículas invisibles conocidas como materia oscura ", dijo Kyle Finner, coautor y científico asistente en IPAC en Caltech en Pasadena, California.

Mapeando la materia oscura

Todas las galaxias están compuestas de estrellas, gas, polvo y materia oscura, unidos por la gravedad. El Cúmulo Bala está formado por dos conjuntos de galaxias muy masivos, conocidos como cúmulos de galaxias, que a su vez están unidos por la gravedad.

Estos cúmulos de galaxias actúan como lentes gravitacionales , amplificando la luz de las galaxias de fondo. «El efecto de lente gravitacional nos permite inferir la distribución de la materia oscura», afirmó James Jee, coautor, profesor de la Universidad de Yonsei e investigador asociado de la Universidad de California en Davis (UC Davis), California.

Para visualizar la lente gravitacional y la materia oscura, imagine un estanque lleno de agua clara y guijarros. «No se puede ver el agua a menos que haya viento, lo que provoca ondas», explicó Jee. «Esas ondas distorsionan la forma de los guijarros que se encuentran debajo, haciendo que el agua actúe como una lente». Lo mismo ocurre en el espacio, pero el agua es materia oscura y los guijarros son galaxias de fondo.

En total, el equipo midió miles de galaxias en las imágenes del Webb para calcular con precisión la masa visible e invisible de estos cúmulos de galaxias. También cartografiaron y midieron cuidadosamente la luz colectiva emitida por estrellas que ya no están ligadas a galaxias individuales, conocidas como estrellas intracúmulos.

El mapa revisado del Cúmulo Bala se muestra en una nueva imagen: sobre una imagen de la NIRCam (Cámara de Infrarrojos Cercanos) del Webb, se encuentran datos del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA que muestran el gas caliente en rosa, incluyendo la forma de bala a la derecha. Las mediciones refinadas de la materia oscura, calculadas por el equipo a partir de las observaciones del Webb, se representan en azul. (Véase los cúmulos de galaxias definidos dentro de los círculos discontinuos ).

Sus hallazgos son convincentes: «Confirmamos que la luz intracúmulo puede ser un indicador fiable de materia oscura, incluso en un entorno altamente dinámico como el Cúmulo Bala», afirmó Cha. Si estas estrellas no están ligadas a galaxias, sino a la materia oscura del cúmulo, podría ser más fácil determinar con mayor precisión la materia invisible.

En conjunto, las nuevas mediciones de los investigadores refinan significativamente nuestro conocimiento sobre la distribución de la masa en el Cúmulo Bala. El cúmulo de galaxias de la izquierda presenta una zona de masa asimétrica y alargada a lo largo del borde izquierdo de la región azul, lo cual es una pista que apunta a fusiones previas en ese cúmulo.

La materia oscura no emite, refleja ni absorbe luz, y los hallazgos del equipo indican que no muestra signos de autointeracción significativa. Si la materia oscura sí interactuara en las observaciones del Webb, el equipo observaría una diferencia entre las galaxias y su respectiva materia oscura.

“Al colisionar los cúmulos de galaxias, su gas fue arrastrado y abandonado, lo cual confirman los rayos X”, dijo Finner. Las observaciones del Webb muestran que la materia oscura aún se alinea con las galaxias y no fue arrastrada.

Aunque mediciones anteriores con otros telescopios también identificaron masa invisible además de la masa de las galaxias, aún era posible que la materia oscura pudiera interactuar consigo misma en cierta medida. Estas nuevas observaciones establecen límites más sólidos sobre el comportamiento de las partículas de materia oscura.

'Reproduciendo' la colisión

Los extraños nuevos cúmulos y la línea de masa alargada que identificó el equipo podrían significar que el Cúmulo Bala se produjo por más de una colisión de cúmulos de galaxias hace miles de millones de años.

El cúmulo más grande, que ahora se encuentra a la izquierda, podría haber sufrido una pequeña colisión antes de impactar contra el cúmulo de galaxias que se encuentra a la derecha. El mismo cúmulo más grande también podría haber experimentado una interacción violenta posteriormente, causando una sacudida adicional de su contenido. «Un escenario más complejo provocaría una enorme elongación asimétrica como la que observamos a la izquierda», dijo Jee.

La cabeza de un 'gigante'

El Cúmulo Bala es enorme, incluso en la vasta extensión del espacio. La cámara NIRCam del Webb cubrió una parte significativa de los enormes escombros con sus imágenes, pero no toda. "Es como ver la cabeza de un gigante", dijo Jee. "Las imágenes iniciales del Webb nos permiten extrapolar el peso del 'gigante' en su conjunto, pero necesitaremos futuras observaciones de todo el 'cuerpo' del gigante para obtener mediciones precisas".

En un futuro próximo, los investigadores también dispondrán de amplias imágenes en el infrarrojo cercano del Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para mayo de 2027. "Con Roman, tendremos estimaciones de masa completas de todo el Cúmulo Bala, lo que nos permitiría recrear la colisión real en las computadoras", dijo Finner.

El cúmulo Bala se encuentra en la constelación de Carina, a 3.800 millones de años luz de la Tierra.

¿Cuándo será el Apocalipsis? El Hubble pone en duda la certeza de una colisión galáctica.

Esta imagen de NGC 520, obtenida por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, ofrece un ejemplo de posibles escenarios de encuentro entre nuestra Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda. NGC 520 es el resultado de una colisión entre dos galaxias de disco que comenzó hace 300 millones de años.

Créditos: NASA, ESA, Hubble Heritage (STScI/AURA)-Colaboración ESA/Hubble y B. Whitmore (STScI)

Ya en 1912, los astrónomos se dieron cuenta de que la galaxia de Andrómeda —que entonces se creía solo una nebulosa— se dirigía hacia nosotros. Un siglo después, utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, los astrónomos pudieron medir el movimiento lateral de Andrómeda y descubrieron que era tan insignificante que una eventual colisión frontal con la Vía Láctea parecía casi segura.

Un choque entre nuestra galaxia y Andrómeda desencadenaría una tormenta de nacimientos estelares, supernovas y, tal vez, el cambio de órbita de nuestro Sol. Las simulaciones sugerían que era tan inevitable como, en palabras de Benjamin Franklin, «la muerte y los impuestos».

Pero ahora, un nuevo estudio con datos del Hubble y del telescopio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA) indica que "no tan rápido". Investigadores, combinando observaciones de ambos observatorios espaciales, reexaminaron la predicción, largamente sostenida, de una colisión entre la Vía Láctea y Andrómeda, y descubrieron que es mucho menos inevitable de lo que los astrónomos habían sospechado.

"Tenemos el estudio más completo de este problema hoy en día que realmente incluye todas las incertidumbres observacionales", dijo Till Sawala, astrónomo de la Universidad de Helsinki en Finlandia y autor principal del estudio , que aparece hoy en la revista Nature Astronomy .

Su equipo incluye investigadores de la Universidad de Durham (Reino Unido), la Universidad de Toulouse (Francia) y la Universidad de Australia Occidental. Descubrieron que existe una probabilidad de aproximadamente el 50 % de que ambas galaxias colisionen en los próximos 10 000 millones de años. Basaron esta conclusión en simulaciones por computadora con los datos observacionales más recientes.

Estas imágenes de galaxias ilustran tres posibles escenarios de encuentro entre nuestra Vía Láctea y la vecina galaxia de Andrómeda. Arriba a la izquierda: Galaxias M81 y M82. Arriba a la derecha: NGC 6786, un par de galaxias en interacción. Abajo: NGC 520, dos galaxias en fusión.

Ciencia: NASA, ESA, STScI, DSS, Till Sawala (Universidad de Helsinki); Procesamiento de imágenes: Joseph DePasquale (STScI)

Sawala enfatizó que predecir el futuro a largo plazo de las interacciones de galaxias es altamente incierto, pero los nuevos hallazgos desafían el consenso previo y sugieren que el destino de la Vía Láctea sigue siendo una pregunta abierta.

Incluso utilizando los datos observacionales más recientes y precisos disponibles, el futuro del Grupo Local, compuesto por varias docenas de galaxias, es incierto. Curiosamente, encontramos una probabilidad casi igual para el escenario de fusión, ampliamente publicitado, o, por el contrario, para uno alternativo en el que la Vía Láctea y Andrómeda sobrevivan intactas, afirmó Sawala.

La colisión de las dos galaxias parecía mucho más probable en 2012 , cuando los astrónomos Roeland van der Marel y Tony Sohn del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland, publicaron un análisis detallado de las observaciones del Hubble durante un período de cinco a siete años, indicando un impacto directo en no más de 5 mil millones de años.

Resulta irónico que, a pesar de la incorporación de datos más precisos del Hubble obtenidos en los últimos años, ahora tengamos menos certeza sobre el resultado de una posible colisión. Esto se debe a un análisis más complejo y a que consideramos un sistema más completo. Pero la única manera de obtener una nueva predicción sobre el destino final de la Vía Láctea será con datos aún mejores, afirmó Sawala.

100.000 simulaciones de accidentes con muñecos

Los astrónomos consideraron 22 variables diferentes que podrían afectar la posible colisión entre nuestra galaxia y nuestra vecina, y realizaron 100.000 simulaciones llamadas simulaciones de Monte Carlo que se extienden hasta 10 mil millones de años en el futuro.

“Debido a que hay tantas variables que cada una tiene sus errores, eso acumula una incertidumbre bastante grande sobre el resultado, lo que lleva a la conclusión de que la probabilidad de una colisión directa es solo del 50% dentro de los próximos 10 mil millones de años”, dijo Sawala.

«La Vía Láctea y Andrómeda permanecerían en el mismo plano al orbitar entre sí, pero esto no significa que deban colisionar. Aun así, podrían pasar una sobre la otra», dijo Sawala.

Los investigadores también consideraron los efectos de las órbitas de la gran galaxia satélite de Andrómeda, M33, y de una galaxia satélite de la Vía Láctea llamada Gran Nube de Magallanes (LMC).

La masa adicional de la galaxia satélite de Andrómeda, M33, atrae ligeramente más a la Vía Láctea. Sin embargo, también demostramos que la LMC la aleja del plano orbital y de Andrómeda. Esto no significa que la LMC nos salve de esa fusión, pero la hace un poco menos probable, dijo Sawala.

En aproximadamente la mitad de las simulaciones, las dos galaxias principales se cruzan a una distancia de aproximadamente medio millón de años luz o menos (cinco veces el diámetro de la Vía Láctea). Se alejan, pero luego regresan y finalmente se fusionan en un futuro lejano. El decaimiento gradual de la órbita se debe a un proceso llamado fricción dinámica entre los vastos halos de materia oscura que rodean cada galaxia al principio.

En la mayoría de los demás casos, las galaxias ni siquiera se acercan lo suficiente como para que la fricción dinámica funcione eficazmente. En este caso, las dos galaxias pueden continuar su vals orbital durante mucho tiempo.

El nuevo resultado también deja una pequeña probabilidad, de alrededor del 2%, de una colisión frontal entre las galaxias en tan solo 4 a 5 mil millones de años. Considerando que el calentamiento del Sol hace que la Tierra sea inhabitable en aproximadamente 1 mil millones de años, y que el propio Sol probablemente se extinguirá en 5 mil millones de años, una colisión con Andrómeda es la menor de nuestras preocupaciones cósmicas.

El Hubble espía una espiral bastante inclinada

Esta imagen del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA muestra la

galaxia espiral NGC 3511.

ESA/Hubble y NASA, D. Thilker

La imponente e inclinada galaxia espiral NGC 3511 es el tema de esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA . La galaxia se encuentra a 43 millones de años luz de distancia, en la constelación de Cráter (La Copa). Desde la posición estratégica del Hubble en órbita alrededor de la Tierra, NGC 3511 presenta una inclinación de unos 70 grados, un punto intermedio entre las galaxias de frente, que muestran el disco completo de la espiral y sus brazos, y las galaxias de canto, que ofrecen una vista lateral, revelando únicamente sus discos densos y aplanados.

Los astrónomos estudian NGC 3511 como parte de un estudio del ciclo de formación estelar en galaxias cercanas. Para este programa de observación, el Hubble registrará la apariencia de 55 galaxias locales utilizando cinco filtros que permiten la entrada de diferentes longitudes de onda, o colores, de luz.

Uno de estos filtros solo permite el paso de una longitud de onda específica de luz roja. Nubes gigantes de gas hidrógeno brillan con este color rojo al ser energizadas por la luz ultravioleta de estrellas jóvenes y calientes. Como muestra esta imagen, NGC 3511 contiene muchas de estas brillantes nubes de gas rojo, algunas de las cuales se enroscan alrededor de cúmulos de brillantes estrellas azules. El Hubble ayudará a los astrónomos a catalogar y medir la edad de estas estrellas, que suelen tener menos de unos pocos millones de años y son varias veces más masivas que el Sol.

Crédito del texto: ESA/Hubble

El telescopio Webb de la NASA identifica agua congelada en un sistema estelar joven

¿Existe agua congelada dispersa en sistemas alrededor de otras estrellas? Los astrónomos llevan tiempo creyendo que sí, basándose en parte en detecciones previas de su forma gaseosa, vapor de agua, y su presencia en nuestro propio sistema solar.

Ahora hay evidencia definitiva: Investigadores confirmaron la presencia de hielo de agua cristalino en un disco de escombros polvorientos que orbita una estrella similar al Sol a 155 años luz de distancia, utilizando datos detallados conocidos como espectros del Telescopio Espacial James Webb de la NASA. (El término hielo de agua especifica su composición, ya que también se observan muchas otras moléculas congeladas en el espacio, como el hielo de dióxido de carbono o "hielo seco"). En 2008, datos del Telescopio Espacial Spitzer, retirado de la NASA, insinuaron la posibilidad de agua congelada en este sistema.

“Webb detectó sin ambigüedades no solo hielo de agua, sino hielo de agua cristalino, que también se encuentra en lugares como los anillos de Saturno y los cuerpos helados del Cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar ”, dijo Chen Xie, autor principal del nuevo artículo y científico investigador asistente en la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland.

Toda el agua congelada que detectó Webb está acompañada de finas partículas de polvo por todo el disco, como diminutas "bolas de nieve sucias". Los resultados se publicaron el miércoles en la revista Nature .

Los astrónomos llevan décadas esperando estos datos definitivos. "Cuando era estudiante de posgrado hace 25 años, mi tutor me dijo que debería haber hielo en los discos de escombros, pero antes del Webb, no teníamos instrumentos lo suficientemente sensibles como para realizar estas observaciones", afirmó Christine Chen, coautora y astrónoma del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial de Baltimore. "Lo más sorprendente es que estos datos se parecen a otras observaciones recientes del telescopio de objetos del Cinturón de Kuiper en nuestro propio sistema solar".

El hielo de agua es un componente vital de los discos que rodean a estrellas jóvenes; influye considerablemente en la formación de planetas gigantes y también puede ser transportado por cuerpos pequeños como cometas y asteroides a planetas rocosos completamente formados. Ahora que los investigadores han detectado hielo de agua con el telescopio Webb, han abierto la puerta a que todos los investigadores estudien cómo estos procesos se desarrollan de nuevas maneras en muchos otros sistemas planetarios.

Rocas, polvo y hielo moviéndose por todas partes

La estrella, catalogada como HD 181327, es significativamente más joven que nuestro Sol. Se estima que tiene 23 millones de años, en comparación con los 4.600 millones de años del Sol, que es más maduro. La estrella es ligeramente más masiva que el Sol y más caliente, lo que propició la formación de un sistema ligeramente mayor a su alrededor.

Las observaciones del Webb confirman una brecha significativa entre la estrella y su disco de escombros, una amplia zona libre de polvo. Más allá, su disco de escombros es similar al Cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar, donde se encuentran planetas enanos, cometas y otros fragmentos de hielo y roca (que a veces colisionan entre sí). Hace miles de millones de años, nuestro Cinturón de Kuiper probablemente era similar al disco de escombros de esta estrella.

“HD 181327 es un sistema muy activo”, dijo Chen. “Se producen colisiones regulares y continuas en su disco de escombros. Cuando estos cuerpos helados colisionan, liberan diminutas partículas de hielo de agua polvorienta, de tamaño ideal para que el telescopio Webb las detecte”.

Agua congelada, casi en todas partes

El hielo de agua no se distribuye uniformemente por todo este sistema. La mayor parte se encuentra en las zonas más frías y alejadas de la estrella. «La zona exterior del disco de escombros está compuesta por más del 20 % de hielo de agua», explicó Xie.

Cuanto más se acercaban los investigadores a observar, menos hielo de agua encontraban. Hacia la mitad del disco de escombros, el Webb detectó alrededor de un 8 % de hielo de agua. En esta zona, es probable que las partículas de agua congelada se produzcan a un ritmo ligeramente superior al de su destrucción. En la zona del disco de escombros más cercana a la estrella, el Webb prácticamente no detectó nada. Es probable que la luz ultravioleta de la estrella vaporice las partículas de hielo de agua más cercanas. También es posible que las rocas conocidas como planetesimales tengan agua congelada atrapada en su interior, algo que el Webb no puede detectar.

Este equipo y muchos otros investigadores continuarán buscando y estudiando el hielo de agua en los discos de escombros y en los sistemas planetarios en formación activa a lo largo de nuestra galaxia, la Vía Láctea. «La presencia de hielo de agua facilita la formación de planetas», afirmó Xie. «Los materiales helados también podrían llegar a los planetas terrestres, que podrían formarse a lo largo de doscientos millones de años en sistemas como este».

Los investigadores observaron HD 181327 con el NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) de Webb , que es súper sensible a partículas de polvo extremadamente débiles que solo pueden detectarse desde el espacio.