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Este collage de imágenes de la nebulosa de la Llama muestra una vista en luz infrarroja cercana del telescopio espacial Hubble de la NASA a la izquierda, mientras que los dos recuadros de la derecha muestran la vista en infrarrojo cercano tomada por el telescopio espacial James Webb de la NASA.(Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, M. Meyer (Universidad de Michigan), A. Pagan (STScI)).

El telescopio espacial James Webb (JWST) se ha adentrado en la polvorienta cubierta de una joven nebulosa en plena formación estelar en busca de enanas marrones «estrellas fallidas».

Las enanas marrones son objetos estelares que nacen como estrellas pero no consiguen reunir suficiente materia para alcanzar las masas necesarias para desencadenar la fusión de hidrógeno en helio en sus núcleos. Estos cuerpos con masas comprendidas entre 13 y 75 veces la masa de Júpiter (o entre el 1,3% y el 7,5% de la masa del Sol) son, por tanto, mucho más débiles que las estrellas normales de la secuencia principal, a pesar de que en su interior se produce cierta fusión nuclear.

Las enanas marrones son más calientes y brillantes en su juventud, y eso las hace más fáciles de detectar en una nebulosa joven como la nebulosa de la Llama, que tiene alrededor de 1 millón de años (si eso te parece antiguo, ten en cuenta que nuestro propio sistema solar, de mediana edad, tiene 4.600 millones de años).

El JWST fue capaz de atravesar el espeso gas y el polvo que oscurecen la nebulosa de la Llama para buscar enanas marrones de masa mínima. En la búsqueda aparecieron objetos flotantes con una masa dos o tres veces superior a la de Júpiter. Por «flotantes», los astrónomos entienden objetos que no orbitan alrededor de una estrella.

Podrían ser fragmentos estelares que van camino de convertirse en enanas marrones.

«El objetivo de este proyecto era explorar el límite fundamental de baja masa del proceso de formación de estrellas y enanas marrones», dijo en un comunicado el jefe del equipo, Matthew De Furio, de la Universidad de Texas en Austin. «Con el JWST, somos capaces de sondear los objetos más débiles y de menor masa.»

I go to pieces…

El JWST buscó cuerpos planetarios de masa libre que tuvieran masas de al menos alrededor de la mitad de la de Júpiter. Esto se debe a un proceso llamado «fragmentación», en el que grandes nubes densas de gas y polvo, denominadas «nubes moleculares», se descomponen y condensan para formar estrellas y enanas marrones.

La fragmentación depende en gran medida del equilibrio entre temperatura, presión térmica y gravedad, además de otros factores algo menos críticos.

A medida que los fragmentos de nubes moleculares se contraen por su propia gravedad, sus núcleos aumentan de temperatura. Un núcleo con suficiente masa se convierte en una protoestrella que iniciará la fusión del hidrógeno. Esto da lugar a que la energía exterior equilibre el empuje interior de la gravedad y detenga el colapso. El objeto estabilizado es ahora una estrella de secuencia principal que fusiona hidrógeno en helio en su núcleo.

Esta imagen en infrarrojo cercano de una porción de la nebulosa de la Llama del telescopio espacial James Webb de la NASA destaca tres objetos de baja masa, que se ven en los recuadros de la derecha. (Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, M. Meyer (Universidad de Michigan))Sin embargo, si el núcleo no es lo suficientemente denso y caliente como para iniciar la fusión de hidrógeno, no hay nada que equilibre la gravedad y el colapso continúa sin cesar. Estos fragmentos fallidos continúan irradiando calor, una «proto-enana marrón» en esencia.

«El enfriamiento de estas nubes es importante porque, si tiene suficiente energía interna, luchará contra la gravedad», explica Michael Meyer, de la Universidad de Michigan y miembro del equipo. «Si las nubes se enfrían eficazmente, colapsan y se fragmentan». »La fragmentación cesa cuando el gas de un fragmento es lo suficientemente denso como para volverse opaco. Esto significa que puede reabsorber su propia radiación, lo que impide que se enfríe y detiene su colapso.

Repensar las estrellas fallidas

La debilidad de las enanas marrones hace que sean difíciles de detectar, pero este esfuerzo merece la pena, ya que estas estrellas fallidas pueden aportar una gran cantidad de información sobre la formación estelar y las diferencias y similitudes entre estrellas y planetas.

Este estudio del JWST se basa en investigaciones anteriores del telescopio espacial Hubble, que no era lo suficientemente sensible como para estudiar enanas marrones de masas tan bajas en la nebulosa de la Llama, pero fue capaz de identificar objetivos principales para una mayor investigación. «Es realmente difícil hacer este trabajo, observar enanas marrones de hasta diez masas de Júpiter, desde el suelo, especialmente en regiones como ésta», dijo De Furio. «Disponer de los datos del Hubble de los últimos 30 años nos ha permitido saber que ésta es una región de formación estelar muy útil. Necesitábamos tener el JWST para poder estudiar este tema científico en particular.»

Ilustración de un par de enanas marrones en órbita. (Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva))El astrónomo Massimo Robberto, del Space Telescope Science Institute, describió el paso del testigo del Hubble al JWST como un «salto cuántico» en la capacidad de los astrónomos para comprender la naturaleza de las enanas marrones.

El equipo continuará ahora estudiando la nebulosa de la Llama con el JWST, en busca de objetos que acechen dentro de su denso y polvoriento velo.

«Hay una gran superposición entre las cosas que podrían ser planetas y las que son enanas marrones de muy, muy baja masa», concluyó Meyer. «Y ese es nuestro trabajo en los próximos cinco años: averiguar cuál es cuál y por qué».

La investigación del equipo ha sido aceptada para su publicación en The Astrophysical Journal Letters.