AA: El principio del fin de una estrella en directo…

Detección de vientos rápidos en la nebulosa del “aspersor de jardín”
C. Sánchez Contreras1  & R. Sahai1
1 Jet Propulsion Laboratory (JPL, NASA), Pasadena, California

1. ¿Podrías explicarnos brevemente de qué trata el artículo?

Las Nebulosas Planetarias (PN, del ingles Planetary Nebula) son algunos de los objetos más fantásticamente espectaculares que nos regala el Universo. Tanto es así que, además de ser “reclamos” clásicos en los documentales sobre astrofísica y ciencia en general, sus cautivadoras imagenes aparecen con frecuencia en entornos mucho mas mundanos. Por ejemplo, han sido portada de álbumes musicales (“Binaural” de la banda estadounidense Pearl Jam), o el tema central de colecciones de sellos, etc… balic_pnePodemos apreciar sus llamativas, variadas y complejas morfologías en la Figura 1 con algunos ejemplos observados por el Telescopio espacial Hubble. Cuando ahondamos en su origen, las nebulosas planetarias pierden ciertamente algo de su glamour, ya que se trata de restos de gas y polvo dejados atrás por estrellas moribundas (RIP). Sí, las estrellas de baja o moderada masa como el Sol, acaban sus vidas expulsando el material procesado en su interior al medio que les rodea en forma de una especie de viento. Dicho viento contiene particulas de gas y polvo que brillan al ser iluminados y calentados por la agonizante estrella central. (También hay que decir que, gracias a ese proceso estamos nostros aquí, ya que ¡la materia prima de todo lo que observamos, incluidos nosotros mismos, tiene su origen en las estrellas!).

Pero, ¿por qué ese “viento” no es esférico como cabría esperar? ¿cómo una estrella “redonda” puede sufrir semejante metarformosis antes de morir? Para entender cuál es el origen de este cambio de look extremo debemos mirar con todo el detalle que nos sea posible hacia el núcleo de las nebulosas. Debemos observar zonas lo más cercanas posible a la estrella central, para poder caracterizar, en su lugar y momento de origen, los chorros de gas colimados y a alta velocidad (que se expanden a cientos de kilómetros por SEGUNDO) que se piensan son expulsados por las estrellas en su agónico camino hacia la muerte estelar. Esto es lo que hemos hecho en este artículo y los resultados más importantes se resumen a continuación.

2. ¿Qué implicaciones tiene este artículo y en qué ha sido pionero? ¿A qué preguntas ha dado respuestas?

En este artículo, por primera vez, hemos podido caracterizar con un detalle sin  precedentes y de manera directa la estructura espacial y campo de velocidad de estos chorros (o jets en inglés) en una estrella que está precisamente ahora (desde hace menos de 1,000 años) transformandose en PN. Este objeto está catalogado formalmente con el nombre He3-1475 y ha sido bautizado por los astrónomos como la nebulosa del “aspersor de jardin” (en ingles the garden sprinkler nebula) a tenor de su peculiar morfología en forma de “S” (ver Figura 2). Precisamente esa forma de “S” era una de las indicaciones indirectas de la presencia de vientos estelares colimados muy cerca de la estrella.

En este trabajo hemos descubierto que en el corazón de He3-1475 hay no uno sino dos vientos rápidos colimados bien diferenciados, cuya presencia no podía siquiera intuirse con los datos existentes anteriormente. h3_1475Uno de estos vientos se expande a más de 2,000 km/s (Madrid-Berlín en un segundo) y parece encontrarse en un estado “prístino”, es decir, poco alterado como consecuencia de su impacto con el medio que lo rodea y que, por tanto, conserva sus propiedades originales. De hecho, nuestros cálculos datan estas eyecciones tan solo ~15-30 años antes de que se realizaran estas observaciones. Con nuestros datos, además de descubrir su presencia, hemos podido determinar el grado de colimanción de este viento prístino ultrárrapido y la distancia a la estrella en la que se produce la colimación. Estos son detalles observacionales críticos para poder discernir entre las diferentes teorías propuestas para explicar la formación de los chorros (difícil hasta ahora dada la naturaleza “esquiva” de los mismos, que se resisten a mostrarse directamente en la inmensa mayoría de las nebulosas planetarias).

En el caso de He3-1475, nuestro estudio llevó a descartar el modelo propuesto con anterioridad para explicar la evolución nebular de este objeto y a establecer un nuevo mecanismo alternativo para reproducir las propiedades de los vientos descubiertos: una llamada “explosión magneto-rotacional” que implica la presencia de una segunda estrella
compañera y fuertes campos magneticos en el nucleo estelar.

3. ¿Qué instalaciones científicas has tenido que emplear?

En este trabajo se empleó el Telescopio Espacial Hubble (HST) que es un proyecto colaborativo entre la NASA, que todos conocemos y aceptamos como la “crème de la crème” de la tecnología e investigación espacial, y la ESA (Agencia Espacial Europea), que viene a ser el equivalente a la NASA pero en Europa y que, sin embargo, es una gran desconocida para muchos europeos. (¿Sabéis que hay un centro científico de excelencia de la ESA en Villafranca del Castillo, Madrid, llamado ESAC y donde trabajan mas de 300 investigadores? Aquí podéis saber más sobre la ESA y ESAC).

Volviendo a la pregunta sobre las instalaciones científicas empleadas… Para este trabajo era fundamental por un lado obtener imágenes con una gran resolución angular, que viene a ser equivalente a mirar estos objetos (a grandísimas distancias de la Tierra) con el detalle suficiente para ver la forma de las pequeñas estructuras que las componen. Desde Tierra, la resolución angular está limitada principalmente por las turbulencias en la atmósfera cuyo efecto se traduce en “emborronar” las imágenes, así que una manera de evitar este problema es salir al espacio (otra es usar técnicas como esta).

Por otro lado, necesitábamos un instrumento capaz de descomponer la luz procedente de regiones especificas de la nebulosa en diferentes “colores”, un espectrógrafo… (¿que qué es eso? Buena pregunta, podéis encontrar una excelente y divertidísima explicación sobre el significado de la espectroscopía de la mano de la gran astronoma del siglo XIX, Henrietta Leavitt aquí. Ya de paso, recomiendo encarecidamente que veáis todos los capítulos de este original videoblog si queréis pasar un buen rato aprendiendo un poquito más sobre ciencia). Gracias a la espectroscopía, los astrónomos podemos identificar en la luz las “huellas” de determinados elementos, como el hidrógeno en nuestro estudio, que nos traza la estructura y velocidad del gas nebular. El instrumento STIS del Hubble, usado en este trabajo, era el único capaz de ofrecer conjuntamente resolución angular y espectral suficientes como para identificar y  caracterizar los esquivos chorros de las PNs y así profundizar en su origen.

4. ¿Qué repercusiones podrían tener los resultados de este artículo en la vida diaria actual o futura?

Para ser totalmente honestos, este y muchos otros trabajos de investigación en astronomía (denominada “ciencia basica” o “no orientada”) no tienen una notable repercusión INMEDIATA en nuestra vida diaria actual. ¿Quiere decir esto que no vale para nada? NOOO, por favor, sigue leyendo!! El ser humano simplemente necesita satisfacer su curiosidad y “llenarse” de experiencias que le ayuden a comprenderse así mismo, a descifrar su origen y vislumbrar su destino. Además, es precisamente esa curiosidad la que nos ha permitido “salir de la cueva”, dejando a un lado muchos miedos provocados por el desconocimiento de nuestro limitado entorno (¿volverá a salir el Sol mañana?), y controlar (hasta un cierto punto, claro) la naturaleza en nuestro beneficio…

Como una colega manifestó recientemente: “no existe la ciencia básica y la ciencia aplicada, sino simple y llanamente la aplicación de la ciencia“. Hoy en día, hasta el más sencillo y cotidiano gesto de encender la luz, abrir un grifo, poner la lavadora (aunque yo, personalmente, podría vivir sin esto último), y no digamos ya hacer una llamada o una foto con el móvil, no sería posible sin el trabajo de los científicos puros (y duros) que dedican sus vidas a descifrar los principios básicos que rigen el Universo, incluído el pequeño-gran planeta en el que nos ha tocado vivir. El Universo nos ofrece una oportunidad única e inigualable de realizar experimentos que no podríamos nunca reproducir en un laboratorio terrestre y ahí reside uno de los valores añadidos de la astrofísica y de cualquier avance, por pequeño que parezca, en este campo.

Si queréis seguir “filosofando” sobre este tema, podemos preguntarnos también ¿para qué sirve la música? ¿para qué sirve el fútbol? ¿para qué sirve el arte? ¿para qué sirve la fantasía?… Pues servir, servir… depende de lo que se entienda por “servir”. Pero es indudable que el ser humano necesita traspasar las fronteras de su mera supervivencia, tiene la imperiosa necesidad de satisfacer su curiosidad, de llenar su (justificada o injustificada) sensación de vacío existencial con respuestas y experiencias variadas, de avanzar hacia lo desconocido y de desvelar poco a poco los infinitos secretos que esconde el Universo… Se trata de un instinto natural (o de origen divino, para los creyentes) al que no podemos ni debemos renunciar.

 Carmen Sánchez Contreras

★★ Publicado en Astrophysical Journal en el año 2001.

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