Nos remontamos al mes de julio del año 1054 de nuestra era. Una misteriosa "nueva estrella" apareció en los cielos, en un lugar de la constelación de Tauro donde antes solo existía oscuridad, y se hizo visible durante unos 22 meses, incluso de día. Se trataba del objeto más brillante del firmamento, después de la Luna, y sorprendió a astrónomos árabes y chinos de la época que documentaron el curioso fenómeno.
Hablamos de la Nebulosa del Cangrejo: los restos de una enorme estrella moribunda que explotó y expulsó sus capas de gas al espacio interestelar (una supernova) situada a unos 6.500 años luz de nosotros y que aún sigue expandiéndose, a una velocidad de unos 1.500 km/s. Es un claro (y bello) ejemplo de lo que queda después de la muerte de una estrella muy masiva.
VÍDEO: La expansión de la Nebulosa del Cangrejo durante el período 2008-2017. Créditos: Detlef Hartmann/Astrobin.
Recientemente, el telescopio espacial James Webb ha vuelto a dar protagonismo estelar a la Nebulosa del Cangrejo. En la espectacular foto que ha obtenido se pueden apreciar en detalle la nube en expansión del gas caliente, filamentos de polvo estelar y compuestos químicos como hierro y azufre, además del púlsar situado en su centro.
Los restos de una estrella moribunda
La vida de una estrella se asemeja a la de un ser vivo: a medida que envejece sufre cambios en su estructura y composición.
Una estrella se forma cuando las nubes moleculares (regiones galácticas abundantes en hidrógeno a muy baja temperatura) colapsan debido a su propia atracción gravitatoria. Cuando la densidad y la temperatura son suficientemente altas, se desencadena una reacción de fusión nuclear, liberando una cantidad ingente de radiación.
Mientras la estrella posea suficiente cantidad de hidrógeno como combustible, la presión de la radiación emitida será compensada con la propia gravedad de la estrella. Se trata de la etapa más larga de la vida de una estrella, denominada secuencia principal.
IMAGEN: En la secuencia principal, la gravedad de la propia estrella (que tiende a comprimirla) es compensada por la presión de la radiación.
A medida que la estrella va agotando su reserva de hidrógeno, la estrella envejece y presenta cambios en su composición y tamaño, transformándose en una estrella enana, gigante o supergigante. Solo aquellas estrellas más masivas explotarán en forma de supernovas, expulsando su material estelar al exterior y dejando tras de sí un púlsar o un agujero negro.
Mientras las nubes de gas estelar van conformando la nebulosa, el denso núcleo de la estrella progenitora colapsa sobre sí mismo (alcanzando el tamaño de una ciudad) girando a velocidades vertiginosas: se ha originado una estrella de neutrones rotatoria o un púlsar.
VÍDEO: Recreación de una estrella de neutrones rotatoria (púlsar) donde puede observarse su intenso campo magnético (líneas blancas), la emisión de ondas de radio (haces verdes) y radiación gamma (en color violeta). Créditos: NASA.
La Nebulosa del Cangrejo a ojos del James Webb
La nueva instantánea del Webb de la Nebulosa del Cangrejo brinda detalles sin precedentes del púlsar en su interior.
Así, en la siguiente imagen ampliada, podemos distinguir un punto blanco brillante en el centro: el púlsar. A su alrededor, una serie de trazos blancos muy juntos entre sí indican la presencia de su intenso campo magnético.
IMAGEN: Imagen ampliada del centro de la Nebulosa del Cangrejo tomada por el James Webb. En el interior del círculo rojo, el púlsar situado en el centro de la nebulosa. Las líneas de su intenso campo magnético se perfilan como los trazos blancos en la imagen. Créditos: NASA, ESA, CSA, STScI, T. Temim (Princeton University).
Alejándonos del púlsar y recorriendo el remanente de la supernova (centro y periferia de la imagen completa), se aprecian nuevos detalles del Webb en luz infrarroja: el azufre doblemente ionizado (representado en rojo anaranjado), hierro ionizado (azul) y polvo (amarillo, blanco y verde).
Además, los filamentos blanquecinos (similares a humo) presentes en la mayor parte del interior de la Nebulosa del Cangrejo muestran la radiación de sincrotrón: emisión producida por partículas cargadas, como electrones, que se mueven alrededor de líneas de campo magnético a velocidades relativistas.
IMAGEN: Imagen de la Nebulosa del Cangrejo registrada por el James Webb. Dentro del círculo rojo, el púlsar de la nebulosa. Cada color indica la presencia de diferentes elementos y compuestos químicos, así como la radiación de sincrotón (filamentos blanquecinos). Créditos: NASA, ESA, CSA, STScI, T. Temim (Princeton University).
La comparativa con el telescopio espacial Hubble
A primera vista, la nueva imagen de la Nebulosa del Cangrejo parece similar a la ya publicada en 2005 por el telescopio espacial Hubble en el visible. Sin embargo, en la observación infrarroja del Webb se muestran detalles de filamentos gaseosos (en rojo-anaranjado) y granos de polvo (en amarillo, blanco y verde) no presentes en la instantánea del Hubble.
Pero quizás la característica más sorprendente sea la claridad con la que se aprecia la radiación de sincrotrón mediante el James Webb: esos filamentos blanquecinos similares distinguibles en gran parte de la instantánea.
IMAGEN: Comparativa entre las imágenes de la la Nebulosa del Cangrejo registradas por el telescopio espacial Hubble en el visible (izquierda) y el James Webb en el infrarrojo (derecha). Créditos: Hubble Image: NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (Arizona State University); Webb Image: NASA, ESA, CSA, STScI, T. Temim (Princeton University).
Aunque esta emisión de sincrotrón abarca todo el espectro electromagnético (y no solo el infrarrojo en el que opera el Webb), esta radiación se ve con un detalle sin precedentes gracias a la sensibilidad de sus cámaras NIRcam y MIRI.
La relevancia de estas nuevas imágenes
A partir de las nuevas imágenes, investigadores de la Universidad de Princeton están analizando la composición del material expulsado por la supernova (particularmente, el contenido de hierro y níquel), lo que permitirá indagar en el tipo de explosión que originó la Nebulosa del Cangrejo.
Por otro lado, existe un problema importante en lo referente a la masa de este objeto: la suma combinada de la masa de la nebulosa y el púlsar es considerablemente menor que las predicciones teóricas para la masa de la estrella progenitora. Los astrónomos aún no han logrado explicar este aspecto fundamental en en su origen y formación.
Tendremos que esperar al análisis en profundidad de los datos del Webb (en combinación con las imágenes tomadas por otros telescopios) para obtener respuestas a las cuestiones sobre el pasado de la Nebulosa del Cangrejo. Un pasado que nos remonta a aquella "nueva estrella" del medievo que marcó una nueva era en la observación astronómica.
Óscar del Barco Novillo, Profesor asociado. Departamento de Física (área de Óptica)., Universidad de Murcia.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
