Las extrañas formas rectangulares de algunas nebulosas

Crédito:ESA/Hubble y NASA

La extraña forma  que se observa en la imagen es conocida como el rectángulo negro y se le dió ese nombre por la silueta aparente que se observó en la primera imagen obtenida con un telescopio. Dentro del rectángulo negro en su centro se encuentra  la estrella catalogada como HD 44179.  Esta estructura está formada por gas muy caliente del orden de 10.000 grados y se la denomina nebulosa. HD 44179 se encuentra a 2300 años luz en la constelación de Monoceros. La imagen conseguida por el telescopio Hubble muestra que en vez de ser rectangular tiene forma de X, en ella se encuentran sumergidas unas estructuras muy complejas de gas brillando como si fuesen los peldaños de una escalera.

Esta estrella HD 44179 es una estrella muy vieja que se encuentra en las últimas etapas de su vida y pierde materia que forma la nebulosa dándole su extraña apariencia. Existe la sospecha que la estrella podría tener una estrella compañera muy cercana, ligada gravitatoriamente y, entonces, sería parte de un sistema binario. Este compañera estaría en este momento tapada por una muy densa cortina de polvo interestelar que en realidad serían ambas estrellas que modelarían en su movimiento orbital la dinámica de los gases en expansión y, por lo tanto, la forma de la nebulosa.

Esta nube de gas en emisión es lo que se denomina proto-nebulosa planetaria y, en esta etapa, es donde las estrellas muy viejas construyen en su alrededor lo que se llama nebulosa planetaria. La estrella comienza una etapa en la cual se producen importantes expulsiones de masa y comienza su camino para convertirse en una enana blanca. En esta situación la estrella se vuelve muy caliente y emite grandes cantidades de radiación ultravioleta. Esta emisión es tan poderosa que causa que el gas circundante se caliente a altas temperaturas y brille emitiendo grandes cantidades de energía.

MWC 922: La nebulosa del cuadrado rojo Crédios de la imagen & Copyright: Peter Tuthill (Sydney U.) & James Lloyd (Cornell)

MWC 922: La nebulosa del cuadrado rojo
Créditos de la imagen & Copyright: Peter Tuthill (Sydney U.) & James Lloyd (Cornell)

 

HD 44179, no es el único objeto conocido con esta particular silueta, en la figura puede verse otra nebulosa, MWC 922 o como se llama popularmente la nebulosa del  cuadrado rojo: la imagen fue tomada por Peter Tuthill (Sydney U.) y por James Lloyd (Cornell), puede verse en mayor tamaño los detalles en la página de Apod. Esta figura combina observaciones en bandas infrarrojas provenientes de Hawai con el telescopio Keck-2 y con el telescopio Hale de Palomar.

En este caso la silueta es similar a HD 44179 pero con ángulos casi rectos en la parte central. Al igual que en el caso anterior, la estrella del centro de la nebulosa es una estrella muy brillante y caliente, y el material nebular fue expulsado de este objeto.

Una explicación que daría cuenta de lo que se observa se basa en que la estrella central es un sistema binario. Dos estrellas en el centro de la nebulosas darían una vuelta alrededor de la otra con un período de 10 meses y medio. La estrella más masiva estaría en una etapa de su evolución en la cuál al quedarse con menos combustible nuclear  estaría entrando en la etapa de gigante roja. En esta nueva situación,  la estrella se vuelve mucho más grande en tamaño al expandirse sus capas superiores y se volvería muy roja y brillante. En este estadio, la estrella comienza a perder mucha materia en la forma de fuertes vientos que partirán de su superficie. Para tener una escala cuando este proceso le ocurra al Sol, su superficie llegaría hasta la órbita de Marte y los planetas más internos (como la Tierra) se habrían vaporizado.

Se supone que el material expulsado más pesado se enfría creando granos de polvo interestelar. Este material  queda aprisionado entre dos fuerzas antagónicas. Por un lado, la fuerza gravitatoria que lo atrae a ambas estrellas en movimiento, y por el otro,  los vientos estelares y la presión de la radiación  lo empujan hacia afuera. Como resultado de estas dos fuerzas se llega al equilibrio adquiriendo el material una forma de  anillo, tipo una dona gigante cuyo nombre  en matemática es de Toroide. Este está en el plano del movimiento orbital de las estrellas que conforman el par binario. Por lo tanto, todo nuevo material expulsado solo puede salir hacia los polos, donde están los agujeros del anillo, creando la estructura de dos conos en emisión que se observan.

Como la expulsión de material no es continua y se produce a borbotones con un período de cientos de años entre las ejecciones. Cada una de estas expulsiones forma las estructuras rectas que cruzan los conos, que se parecen a los peldaños de una escalera. Las emisiones rojas se deben al hidrógeno y nitrógeno, mientras que los colores verdosos al oxígeno. Estos gases se encuentran a alta temperatura, debido a la incidencia de la radiación ultravioleta que se origina en la estrella masiva del sistema.

A. Feild / STScI / NASA

A. Feild / STScI / NASA

Esto explicaría que la forma de la nebulosidad brillante sería la consecuencia de la existencia de una compañera binaria. Entonces, es razonable pensar que en los casos donde estas formas no se observan el material expulsado correspondería a gigantes rojas que no tienen una compañera.

En la figura puede verse lo que se explica en el texto. En centro estaría el toroide de polvo grueso (en inglés dust disk). El material expulsado solo puede ir por el agujero del toroide a los polos, creando la estructura de copa de vino (Wineglass) y los distintos borbotones del material expulsado forman los escalones (ladder rungs). En la puntas de los “escalones” se crean vórtices o remolinos (Vortex en la figura) que son los que aumentan localmente la densidad de gas y crean los supuestos lados del rectángulo.

 

 

 

 

 

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