11/11/2021

Resolt un misteri còsmic de fa 16 anys, que revela una baula perduda estel·lar

Clic per engrandir. La nebulosa de l'anell blau està formada per dos cons de gas en expansió
expulsats a l'espai per una fusió estel·lar. A mesura que el gas es refreda, forma molècules
d'hidrogen que xoquen amb les partícules de l'espai interestel·lar, cosa que fa que irradiïn llum
ultraviolada llunyana. Invisible per a l'ull humà, aquí es mostra de color blau. Crèdits:
NASA/JPL-Caltech/M. Seibert (Carnegie Institution for Science)/K. Hoadley (Caltech)/GALEX Team.

La nebulosa de l'Anell Blau, que va deixar perplexos els científics durant més d'una dècada, sembla l'exemple més jove conegut de dues estrelles fusionades en una.

El 2004, els científics de l'Explorador de l'Evolució de la Galàxia (GALEX) de la NASA van detectar un objecte diferent de tots els que havien vist abans a la nostra Via Làctia: una gran i tènue taca de gas amb una estrella al seu centre. A les imatges de GALEX, la taca apareixia de color blau -encara que en realitat no emet llum visible per a l'ull humà- i les observacions posteriors van revelar una gruixuda estructura anular a l'interior. Per això, l'equip la va batejar com la nebulosa de l'anell blau. Durant els 16 anys següents, la van estudiar amb múltiples telescopis terrestres i espacials, però com més n'aprenien, més misteriosa semblava.

Un nou estudi publicat en línia el 18 de novembre a la revista Nature podria haver resolt el cas. Aplicant models teòrics d'avantguarda a la gran quantitat de dades que s'han recollit sobre aquest objecte, els autors afirmen que la nebulosa -un núvol de gas a l'espai- està probablement compost per les restes de dues estrelles que van xocar i es van fusionar en una sola.

Encara que es creu que els sistemes estel·lars fusionats són força comuns, són gairebé impossibles d'estudiar immediatament després que es formin perquè estan enfosquits per les deixalles que la col·lisió aixeca. Un cop les deixalles s'han dissipat -almenys centenars de milers d'anys després- són difícils d'identificar perquè s'assemblen a les estrelles no fusionades. La nebulosa de l'Anell Blau sembla la baula perduda: Els astrònoms estan veient el sistema estel·lar només uns pocs milers d'anys després de la fusió, quan l'evidència de la unió és encara abundant. Sembla que és el primer exemple conegut d'un sistema estel·lar fusionat en aquesta fase. 

Clic per engrandir. La nebulosa de l'Anell Blau està formada per dos núvols buits en forma
de con que s'allunyen de l'estrella central en direccions oposades. La base d´un dels cons
viatja gairebé directament cap a la Terra. Com a resultat, els astrònoms que observen la
nebulosa veuen dos cercles que se superposen parcialment. Crèdit: Mark Seibert

Operat entre 2003 i 2013 i gestionat pel Laboratori de Propulsió a Raig (JPL) de la NASA al sud de Califòrnia, GALEX va ser dissenyat per ajudar a estudiar la història de la formació estel·lar a la major part de l'univers mitjançant el cens de les poblacions d'estrelles joves en altres galàxies. Per això, la missió va observar tant la llum ultraviolada propera (longituds d'ona lleugerament més curtes que la llum visible) com la ultraviolada llunyana. La majoria dels objectes observats per GALEX emeten tant llum ultraviolada propera (representada en groc a les imatges de GALEX) com ultraviolada llunyana (representada en blau), però la nebulosa de l'anell blau destaca per emetre només llum ultraviolada llunyana.

La mida de l'objecte era semblant al d'un romanent de supernova, que es forma quan una estrella massiva es queda sense combustible i explota, o una nebulosa planetària, les restes inflades d'una estrella de la mida del nostre Sol. Però la Nebulosa de l'Anell Blau tenia una estrella viva al seu centre. Encara més, les restes de supernova i les nebuloses planetàries irradien en múltiples longituds d'ona lluminoses fora del rang UV, mentre que investigacions addicionals van mostrar que la Nebulosa de l'Anell Blau no ho va fer. 

Planeta fantasma

El 2006, l'equip de GALEX va observar la nebulosa amb el telescopi Hale de 5,1 metres a l'Observatori Palomar al Comtat de San Diego, Califòrnia, i després amb els telescopis encara més potents de 10 metres a l'Observatori W.M. Keck a Hawaii. Van trobar evidència d'una ona de xoc a la nebulosa, cosa que suggereix que el gas que compon la Nebulosa de l'Anell Blau havia estat expulsat per algun tipus d'esdeveniment violent al voltant de l'estrella central. Les dades de Keck també suggereixen que l'estrella estava arrossegant una gran quantitat de material cap a la seva superfície. Però d'on venia el material?

"Durant molt de temps pensàvem que potser hi havia un planeta amb diverses vegades la massa de Júpiter sent destrossat per l'estrella, i que estava tirant tot aquest gas fora del sistema", va dir Mark Seibert, astrofísic de la Carnegie Institution for Science i membre de l'equip de GALEX a Caltech, que administra el JPL.

Però l'equip volia més dades. El 2012, utilitzant el primer estudi de cel complet del Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA, un telescopi espacial que va estudiar el cel en llum infraroja, l'equip de GALEX va identificar un disc de pols que orbitava de prop al voltant de l'estrella. (WISE es va reactivar el 2013 com la missió de caça d'asteroides NEOWISE). Les dades d'arxiu de tres observatoris més en l'infraroig, inclòs el Telescopi Espacial Spitzer de la NASA, també van detectar el disc. La troballa no va descartar la possibilitat que un planeta també orbités l'estrella, però finalment l'equip demostraria que el disc i el material expulsat a l'espai provenien de quelcom una mica més gran que fins i tot un planeta gegant. Després, al 2017 el "buscador de planetes en zona habitable" del telescopi Hobby-Eberly a Texas va confirmar que no hi havia cap objecte compacte orbitant l'estrella.

Més d'una dècada després de descobrir la Nebulosa de l'Anell Blau, l'equip havia reunit dades sobre el sistema de quatre telescopis espacials, quatre telescopis terrestres, observacions històriques de l'estrella que es remunten al 1895 (per tal de buscar canvis a la seva brillantor amb el temps) i amb l'ajuda de científics ciutadans a través de l'Associació Americana d'Observadors d'Estrelles Variables (AAVSO). Però una explicació del que havia creat la nebulosa encara els eludia.

Es creu que la Nebulosa de l'Anell Blau és el producte de la fusió de dues estrelles en una
de sola. La col·lisió dels cossos va expulsar un núvol de deixalles calentes a l'espai. Un disc
de gas que orbita l'estrella més gran talla el núvol per la meitat, creant dos cons que s'estan
allunyant de l'estrella en adreces oposades.

Detectiu estel·lar

Per quan Keri Hoadley va començar a treballar amb l'equip científic de GALEX el 2017, "el grup havia topat amb una mena de paret" amb la Nebulosa de l'Anell Blau, va dir. Però Hoadley, una astrofísica de Caltech, estava fascinada per l'objecte i les seves característiques estranyes, per la qual cosa va acceptar el repte de tractar de resoldre el misteri. Semblava probable que la solució no provenia de més observacions del sistema, sinó de teories d'avantguarda que podrien tenir sentit de les dades existents. Així que Chris Martin, investigador principal de GALEX a Caltech, va contactar Brian Metzger de la Universitat de Columbia per ajudar.

Com a astrofísic teòric, Metzger fa models matemàtics i computacionals de fenòmens còsmics, que es poden utilitzar per predir com es veuran i es comportaran aquests fenòmens. S'especialitza en fusions còsmiques, col·lisions entre una varietat d'objectes, ja siguin planetes i estrelles o dos forats negres. Amb Metzger a bord i Hoadley guiant la feina, les coses van avançar ràpidament.

"No era només que Brian pogués explicar les dades que estàvem veient; ell estava essencialment predient el que havíem observat abans que el veiés", va dir Hoadley. Ell diria, "Si això és una fusió estel·lar, llavors hauries de veure X", i va ser com; Sí! Ho veiem!".

L'equip va concloure que la nebulosa va ser el producte d'una fusió estel·lar relativament recent que probablement va passar entre una estrella similar al nostre Sol i una altra estrella de només una desena part d'aquesta mida (o unes 100 vegades la massa de Júpiter). Apropant-se al final de la seva vida, l'estrella similar al Sol va començar a inflar-se, apropant-se més a la seva companya. Finalment, l'estrella més petita va caure en una espiral descendent cap a la seva companya més gran. Al camí, l'estrella més gran va esquinçar l'estrella més petita, embolicant-se en un anell de runa abans d'empassar-se del tot l'estrella més petita.

Aquest va ser l'esdeveniment violent que va portar a la formació de la Nebulosa de l'Anell Blau. La fusió va llançar un núvol de runes calentes a l'espai que va ser tallat en dos pel disc de gas. Això va crear dos núvols de runa en forma de con, les seves bases allunyant-se de l'estrella en direccions oposades i fent-se més amples a mesura que viatgen cap a l'exterior. La base d'un con està venint quasi directament cap a la Terra i l'altre quasi directament allunyant-se. Són massa febles per veurels sols, però l'àrea on els cons se superposen (com es veu des de la Terra) forma l'anell blau central observat per GALEX. 


Clic per engrandir. La cúpula oberta del telescopi Hobby-Eberly protegeix els 91 segments del
mirall primari. Crèdit: Ethan Tweedie Photography

Van passar mil·lennis. El núvol de runes en expansió es va refredar i va formar molècules i pols, incloent-hi molècules d'hidrogen que van xocar amb el medi interestel·lar, l'escassa col·lecció d'àtoms i partícules energètiques que omplen l'espai entre les estrelles. Les col·lisions van excitar les molècules d'hidrogen i van provocar la seva irradiació en una longitud d'ona específica de llum ultraviolada llunyana. Amb el temps, la resplendor s'ha tornat prou brillant perquè GALEX el veiés.

Les fusions estel·lars poden produir-se tan sovint com una vegada cada 10 anys a la nostra Via Làctia, la qual cosa significa que és possible que una població considerable de les estrelles que veiem al cel fossin dues una vegada.

"Veiem molts sistemes de dues estrelles que podrien fusionar-se algun dia, i creiem haver identificat estrelles que es van fusionar potser fa milions d'anys. Però gairebé no tenim dades sobre el que passa al mig", va dir Metzger. "Creiem que probablement hi ha moltes restes joves de fusions estel·lars a la nostra galàxia, i la nebulosa de l'Anell Blau podria mostrar-nos el seu aspecte perquè en puguem identificar més".

Encara que probablement sigui la conclusió d'un misteri de 16 anys, també pot ser el començament d'un nou capítol en l'estudi de les fusions estel·lars.

"És sorprenent que GALEX hagi estat capaç de trobar aquest objecte realment feble que no estàvem buscant però que resulta ser una cosa realment interessant per als astrònoms", va dir Seibert. "Simplement reitera que quan es mira l'univers en una nova longitud d'ona o d'una nova manera, es troben coses que mai no es van imaginar".

El JPL, una divisió de Caltech, va gestionar la missió GALEX per a la Direcció de Missions Científiques de la NASA. La missió va ser desenvolupada pel Centre de Vol Espacial Goddard de la NASA a Greenbelt, Maryland, en el marc del Programa d'Exploradors. El JPL també va dirigir les missions Spitzer i WISE, i gestiona la missió NEOWISE. Per a més informació sobre la missió GALEX, feu un clic aquí. Lloc web NASA de la missió fent un clic aquí.

Per ampliar la informació sobre GALEX, podeu fer un clic aquí, i també aquí.


Ho he vist aquí.