Vea la nueva y espectacular vista de la Nebulosa del Cangrejo del JWST

Hace poco más de 969 años (el 4 de julio de 1054, para ser más precisos) la luz de uno de los eventos más energéticos y violentos del universo llegó a la Tierra: una supernova o estrella en explosión.

Aunque su origen se encontraba a 6.500 años luz de nosotros, la luz de la supernova era tan brillante que podía verse durante el día durante semanas. Varias civilizaciones alrededor del mundo. documentó su apariencia en registros de esa época, que es como sabemos el mismo día en que ocurrió. Cientos de años después, los astrónomos que observaban el cielo en la constelación de Tauro notaron lo que parecía una nube de niebla cerca de la punta de uno de los cuernos del toro. A mediados del siglo XIX, el astrónomo William Parsons hizo un dibujo de esta bola de pelusa basándose en sus propias observaciones a través de su telescopio de 91 centímetros., notando que se parecía a un cangrejo (tal vez si entrecierras los ojos). Y el nombre se quedó: todavía hoy la llamamos Nebulosa del Cangrejo. (“Nebulosa” en latín significa “niebla”).

Ahora sabemos que el Cangrejo es la colosal nube de escombros de esa antigua supernova, que se aleja del lugar de la explosión a cinco millones de kilómetros por hora. Durante el último milenio, ese material se ha expandido hasta alcanzar un tamaño de más de 10 años luz de diámetro y sigue siendo tan brillante que puede verse con sólo binoculares desde un lugar oscuro. Es uno de los favoritos entre los astrónomos aficionados; Yo mismo lo he visto desde mi patio trasero. En esta época del año, sale alrededor de las 9 p.m. EST y es fácilmente visible con telescopios pequeños.

Por supuesto, con un hardware más grande la vista es mucho mejor. Los astrónomos recientemente apuntó el poderoso telescopio espacial James Webb (JWST) en el Cangrejo con la esperanza de comprender mejor la estructura de la nebulosa, y lo que encontraron podría incluso resolver un misterio de larga data sobre sus orígenes en la agonía de una estrella pasada.

La imagen resulta, en cierto modo, familiar. Es un poco como el tomado en 2005 por el telescopio espacial Hubble. Ambas fotografías revelan una nube de material suave y vaporoso, casi con forma de pelota de fútbol, ​​envuelta en zarcillos multicolores más nítidos y tenues. En el centro de la nube, casi envuelto por los escombros, hay un punto de luz: un púlsar, el núcleo sobrante de la estrella masiva que explotó hace tanto tiempo.

Hubble observa principalmente en luz visible, la misma que ven nuestros ojos. Y su imagen revela principalmente ondas de choque que se propagan a través del material de la nube y el gas caliente excitado por la poderosa radiación del púlsar central. JWST es sensible a la luz infrarroja, por lo que, de hecho, sus imágenes muestran diferentes estructuras.

(Dicho sea de paso, la nebulosa se ha expandido notablemente en las casi dos décadas transcurridas desde que se tomó la fotografía del Hubble. La Agencia Espacial Europea tiene una herramienta que se desliza entre las imágenes de la nebulosa del Hubble y el JWSTy podrá ver fácilmente el material moviéndose hacia afuera).

En lugar de ondas de choque y gas caliente, las imágenes del JWST muestran principalmente características que surgen de la actividad del Cangrejo. polvo y es radiación sincrotrón. El primero está compuesto de pequeños granos de silicatos (material rocoso) o moléculas complejas de carbono similares al hollín, y aparece principalmente en los zarcillos exteriores de la nebulosa. Este último es el resplandor misterioso emitido por electrones atrapados que giran en espiral a casi la velocidad de la luz alrededor de las intensas líneas del campo magnético del púlsar. La radiación de sincrotrón suele verse mejor en ondas de radio e infrarrojos, por lo que domina la nube interior más suave en la vista del JWST.

Uno de los filtros utilizados en estas observaciones está sintonizado para la luz del gas de hierro caliente, rastreando la distribución del metal ionizado a lo largo de los zarcillos. Los astrónomos esperan que estas mediciones puedan responder una pregunta fundamental sobre la estrella que creó esta enorme y desordenada nebulosa hace casi un milenio.

Estrellas como el Sol fusionan hidrógeno en helio en su núcleo. Esta reacción termonuclear crea grandes cantidades de luz y calor, lo que permite que nuestra estrella brille. Cuando el sol se quede sin hidrógeno para fusionarse, comenzará a morir, hinchándose hasta convertirse en una gigante roja antes de finalmente desvanecerse. Pero tenemos muchos miles de millones de años antes de que comience la desaparición de nuestra estrella, así que respira con tranquilidad.

Sin embargo, las estrellas que son más masivas que el Sol pueden fusionar elementos más pesados.. El helio se puede convertir en carbono, y el carbono se puede convertir en magnesio, neón y oxígeno, creando eventualmente elementos como azufre y silicio. Si una estrella tiene más de ocho veces la masa del Sol, puede comprimir átomos de silicio con tanta fuerza que se fusionan formando hierro, y eso significa un desastre. Los átomos de hierro necesitan más energía para fusionarse de la que liberan, y una estrella necesita desesperadamente el empuje hacia afuera de la energía impulsada por la fusión para sostener su núcleo contra la atracción interna de su propia gravedad. El núcleo de la estrella pierde ese soporte una vez que comienza la fusión del hierro, iniciando un colapso catastrófico. Se produce una serie compleja de procesos, pero en una fracción de segundo se libera una ola de energía verdaderamente alucinante, suficiente para hacer explotar la estrella.

Si el núcleo mismo tiene menos de aproximadamente 2,8 veces la masa del sol, colapsa en una estrella de neutrones superdensa que gira rápidamente. Sus campos magnéticos giratorios barren la materia y la proyectan hacia afuera en dos rayos como el de un faro, creando un púlsar. Pero si el núcleo es más masivo que eso, su gravedad se vuelve tan fuerte que se encoge. todo el camino hacia abajo, convirtiéndose en un agujero negro.

La nebulosa del Cangrejo tiene un púlsar, lo que indica que el núcleo de su progenitora de supernova tenía menos de 2,8 veces la masa del sol. Pero la estrella misma puede haber tenido entre ocho y 20 veces la masa del sol en total. De inmediato, esto presenta un problema. La masa del púlsar del Cangrejo es menos del doble de la masa del Sol, y la masa estimada de toda la nebulosa es hasta cinco veces la del Sol. Pero eso sólo suma, en el mejor de los casos, siete masas solares. La estrella debe haber sido más masiva que esta para explotar, entonces, ¿adónde fue ese material? Es posible que haya una masa oculta rodeando al púlsar, incrustada en la nebulosa, que aún no ha sido detectada por los telescopios. La estructura de la nebulosa podría proporcionar pistas sobre este material o al menos señalar hacia dónde los astrónomos pueden mirar más profundamente.

Incluso la propia estrella es una especie de enigma. ¿Qué tan grande era? Tomar la medida de la nebulosa puede ofrecer respuestas. El colapso del núcleo de hierro es sólo una de las formas en que una estrella masiva puede explotar. Para las estrellas de entre ocho y 12 veces la masa del Sol, existe otra vía hacia la aniquilación. Su núcleo está increíblemente caliente y hay innumerables electrones libres nadando en esa sopa densa e infernal. Normalmente una propiedad de la mecánica cuántica llamada presión de degeneración Hace que los electrones resistan la compresión, añadiendo soporte al núcleo. Pero durante una etapa específica de la fusión estelar, es posible que esos electrones sean absorbidos por los núcleos atómicos, eliminando esa presión. Esto puede provocar un colapso del núcleo antes de que la estrella haya tenido la oportunidad de crear hierro.

Los científicos propusieron por primera vez este mecanismo de captura de electrones que desencadena una supernova en 1980.pero en realidad no se observó hasta 2018 a través de firmas reveladoras a la luz de una estrella distante que explota en otra galaxia. Cuando los astrofísicos entrecerran los ojos con el telescopio para observar la nebulosa del Cangrejo (al igual que lo hacen para percibir su forma de crustáceo) ven indicios de que pudo haber explotado de manera similar. Pero esos entrecerramientos son un mal sustituto de la certeza; Una mayor claridad puede provenir de la medición del JWST de cuánto hierro contiene la nebulosa. La abundancia del elemento puede permitir a los investigadores distinguir entre un colapso del núcleo “normal” y uno provocado por la captura de electrones. Esos datos todavía se están analizando, pero es de esperar que este enigma también pueda resolverse.

Probablemente esa sea la razón por la que el reciente programa para observar al Cangrejo salió victorioso en la dura competencia por el precioso tiempo de observación del JWST; la parsimoniosa perspectiva de resolver dos misterios diferentes con un solo conjunto de observaciones es precisamente el tipo de cosas que aman a los científicos. Por supuesto, cualquier imagen de la nebulosa del Cangrejo también será increíblemente hermosa. Eso tampoco hace daño.