Una animada guardería estelar en la pintoresca Nebulosa de Orión será un tema de estudio para el Telescopio Espacial James Webb de la NASA. programado para lanzarse en 2021. Un equipo dirigido por Mark McCaughrean, el científico interdisciplinario de Webb para la formación estelar, Examinará una región interior de la nebulosa llamada Trapezium Cluster. Este cúmulo es el hogar de un millar de estrellas jóvenes, todos apiñados en un espacio de sólo 4 años luz de diámetro, aproximadamente la distancia entre nuestro Sol y Alpha Centauri.

"Ese es un lugar donde hay muchas estrellas muy jóvenes que tienen alrededor de un millón de años, "explicó McCaughrean, quien también es Asesor Principal de Ciencia y Exploración de la Agencia Espacial Europea. "Un millón de años puede no parecer muy joven, pero si nuestro sistema solar fuera una persona de mediana edad, las estrellas de este cúmulo son solo bebés, tres o cuatro días de edad. Así que están sucediendo todo tipo de cosas interesantes con ellos que no vemos en las estrellas más viejas que nos rodean hoy. Estamos muy interesados ​​en comprender cómo se desarrollan las estrellas y sus sistemas planetarios en las etapas más tempranas ".

¿Por qué la Nebulosa de Orión? "Orión es la región de formación estelar masiva más cercana al Sol, ", dijo McCaughrean." Hay lugares más cercanos al Sol que tienen jóvenes, estrellas de baja masa, pero no hay ninguno más cercano que tenga tanto estrellas grandes como objetos muy pequeños ".

McCaughrean y su equipo estudiarán tres fenómenos interesantes en el Trapezium Cluster. Primero, examinarán la distribución de las masas de objetos jóvenes en este grupo. Próximo, examinarán las fases más tempranas de la formación de planetas alrededor de las estrellas jóvenes del cúmulo. Finalmente, el equipo estudiará el material que muchas de las estrellas jóvenes están expulsando en chorros y salidas. Las observaciones son parte de un programa de Observaciones de tiempo garantizado (GTO) otorgado a McCaughrean debido a su papel como científico interdisciplinario de Webb.

Clasificando las estrellas y otros objetos jóvenes

Aparte de examinar las estrellas jóvenes del cúmulo, los científicos observarán cuerpos con masas por debajo de las estrellas, llamadas enanas marrones. Estos son objetos que se forman como estrellas a través del colapso gravitacional de nubes de gas y polvo, pero como no tienen suficiente material, nunca desarrollan las temperaturas y presiones en sus centros necesarias para fusionar el hidrógeno.

También investigarán objetos más pequeños, equivalente en masa a Júpiter o incluso a Saturno. Llamado "flotante libre, objetos de masa planetaria, "no están en órbita alrededor de una estrella. Es una cuestión abierta si se forman de la manera en que lo hacen otros planetas:acreciendo gas y polvo de un disco protoplanetario que queda de la formación estelar".

¿Se formó originalmente tal objeto como un planeta alrededor de una estrella, ¿O se formó a partir del mismo gas y polvo del que se formaron las estrellas, ¿por sí mismo? McCaughrean y su equipo están tratando de responder esa pregunta. "¿Podemos encontrar algún tipo de características que exhiben estos objetos de masa extremadamente baja para ayudarnos a determinar si se formaron de forma aislada? o más bien se formaron como planetas en órbita alrededor de estrellas, y fue expulsado en algún tipo de interacción? "

Los científicos usarán imágenes de Webb multicolores para encontrar objetos de masas muy bajas y luego verán cuántos de estos objetos hay en diferentes categorías de masas, por ejemplo, cuántos son como el sol; cuántos son una décima parte de la masa del Sol; y cuántos son una centésima parte de la masa del Sol. También utilizarán Webb para analizar sus atmósferas. Esta información les dirá mucho a los investigadores sobre cómo se deben haber formado estos cuerpos y cómo evolucionarán a medida que envejecen.

Estudiar las siluetas

Algunas estrellas recién nacidas en este vivero están rodeadas por discos de gas y polvo que aparecen como siluetas contra la nebulosa brillante. Los astrónomos creen que los planetas deberían comenzar a formarse dentro de estos discos. McCaughrean y su equipo utilizarán la alta resolución de Webb, imágenes infrarrojas para medir los tamaños de estos discos. Comparándolos con imágenes visibles hechas con el Telescopio Espacial Hubble, el equipo conocerá la composición del polvo, lo que les ayudará a comprender las fases más tempranas de la formación de planetas.

Inspección de chorros y salidas

Mientras las estrellas jóvenes juntan material del gas y el polvo que las rodean, la mayoría también expulsa una fracción de ese material de sus regiones polares en chorros y salidas. Este proceso es una parte integral de la formación de estrellas. Debido a que la Nebulosa de Orión es el hogar de muchos, muchas estrellas jóvenes, hay muchos chorros y salidas en la región, tanto grandes como pequeños. El equipo utilizará Webb para medir las estructuras finas en estos flujos de salida y determinar sus velocidades, así como evaluar su retroalimentación acumulativa sobre las nubes de formación estelar circundantes.

¿Por qué Webb?

Cuando las estrellas son muy jóvenes están rodeados por el gas y el polvo de los que están hechos. El polvo absorbe la luz de longitud de onda visible y oculta las estrellas detrás de una pantalla opaca. Pero la luz de longitud de onda larga puede penetrar el polvo, y, por lo tanto, incluso si los astrónomos no pueden ver las estrellas con luz visible, a menudo todavía son detectables en el infrarrojo.

También, cuando los objetos son jóvenes y aún se están formando, no se calientan demasiado. Esto significa que no brillan intensamente en longitudes de onda visibles, sino que emiten la mayor parte de su luz en infrarrojos. Los estudios infrarrojos que utilizan telescopios terrestres han demostrado que hay muchas enanas marrones en el cúmulo del trapecio, pero no han podido encontrar objetos jóvenes por debajo de la masa de unos tres Júpiter. Hay dos razones para eso.

Primero, La atmósfera de la Tierra entre el suelo y los objetos en estudio brilla intensamente en el infrarrojo. "En cierto sentido, es un poco como intentar hacer astronomía de longitud de onda visible durante el día, ", explicó McCaughrean." Puedes ver cosas relativamente brillantes contra ese resplandor, pero no puedes ver cosas muy débiles. Webb estará por encima de la atmósfera resplandeciente de la Tierra y lo hará posible ".

La segunda razón es que a diferencia de los telescopios terrestres, El propio Webb estará muy frío. "Los seres humanos son cálidos y brillan en el infrarrojo; los telescopios terrestres también brillan en el infrarrojo, ", dijo McCaughrean." Entonces, cuando llegas a estos geniales, objetos de tres masas de Júpiter, casi toda la luz sale en longitudes de onda bastante largas donde el telescopio en sí brilla intensamente. En el espacio, puede enfriar un telescopio hasta un punto en el que no brille en absoluto en esas longitudes de onda. Y eso significa que, de repente, debería poder ver todos estos nuevos, muy débil, objetos jóvenes de masa extremadamente baja, cosas que nunca verás desde el suelo ".

Webb, un poderoso, telescopio espacial infrarrojo, será, por tanto, excepcionalmente capaz de estudiar estas jóvenes estrellas, enanas marrones, y objetos de masa planetaria que flotan libremente, así como sus discos protoplanetarios, chorros, y salidas, en regiones como la Nebulosa de Orión.

El telescopio espacial James Webb será el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo cuando se lance en 2021. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mira más allá a mundos distantes alrededor de otras estrellas, y sondear las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y Agencia Espacial Canadiense.