Las enanas marrones, a menudo llamadas "estrellas fallidas", con el tiempo se vuelven muy tenues y mucho más frías que las estrellas. Estos factores dificultan, si no imposibilitan, su observación con la mayoría de los telescopios, incluso a distancias cósmicamente cortas del Sol. Sin embargo, cuando son muy jóvenes, aún son relativamente más cálidas y brillantes, y por lo tanto, más fáciles de observar a pesar del denso polvo y gas que oscurece y compone la Nebulosa de la Llama.

El Telescopio Espacial James Webb de la NASA puede penetrar esta densa y polvorienta región y observar el tenue resplandor infrarrojo de las enanas marrones jóvenes. Un equipo de astrónomos aprovechó esta capacidad para explorar el límite de masa más bajo de las enanas marrones dentro de la Nebulosa de la Llama. El resultado, descubrieron, fueron objetos flotantes de aproximadamente dos a tres veces la masa de Júpiter, aunque su sensibilidad era de hasta 0,5 veces la masa de Júpiter.

“El objetivo de este proyecto era explorar el límite fundamental de baja masa del proceso de formación de estrellas y enanas marrones. Con el Webb, podemos sondear los objetos más tenues y de menor masa”, afirmó el autor principal del estudio, Matthew De Furio, de la Universidad de Texas en Austin.

Imagen A: Nebulosa de la Llama: Observaciones del Hubble y el Webb

Fragmentos más pequeños

El límite de masa baja que buscaba el equipo se establece mediante un proceso llamado fragmentación. En este proceso, las grandes nubes moleculares, de las que nacen tanto las estrellas como las enanas marrones, se fragmentan en unidades cada vez más pequeñas o fragmentos.

La fragmentación depende en gran medida de varios factores, siendo el equilibrio entre la temperatura, la presión térmica y la gravedad uno de los más importantes. Más concretamente, a medida que los fragmentos se contraen bajo la fuerza de la gravedad, sus núcleos se calientan. Si un núcleo es lo suficientemente masivo, comenzará a fusionar hidrógeno. La presión hacia el exterior creada por esa fusión contrarresta la gravedad, deteniendo el colapso y estabilizando el objeto (conocido entonces como estrella). Sin embargo, los fragmentos cuyos núcleos no son lo suficientemente compactos y calientes como para quemar hidrógeno continúan contrayéndose mientras irradien su calor interno.

“El enfriamiento de estas nubes es importante porque, si tienen suficiente energía interna, lucharán contra la gravedad”, afirma Michael Meyer, de la Universidad de Michigan. “Si las nubes se enfrían de manera eficiente, colapsan y se deshacen”.

La fragmentación se detiene cuando un fragmento se vuelve lo suficientemente opaco como para reabsorber su propia radiación, deteniendo así el enfriamiento y evitando un mayor colapso. Las teorías situaban el límite inferior de estos fragmentos en cualquier lugar entre una y diez masas de Júpiter. Este estudio reduce significativamente ese rango, ya que el censo de Webb contabilizó fragmentos de diferentes masas dentro de la nebulosa.

“Como se ha comprobado en muchos estudios anteriores, a medida que se va descendiendo la masa de Júpiter, se encuentran más objetos de hasta diez veces la masa de Júpiter. En nuestro estudio con el telescopio espacial James Webb, somos sensibles hasta 0,5 veces la masa de Júpiter, y estamos encontrando significativamente menos objetos a medida que se desciende por debajo de diez veces la masa de Júpiter”, explicó De Furio. “Encontramos menos objetos de cinco masas de Júpiter que de diez masas de Júpiter, y encontramos muchos menos objetos de tres masas de Júpiter que de cinco masas de Júpiter. En realidad, no encontramos ningún objeto por debajo de dos o tres masas de Júpiter, y esperamos verlos si están allí, por lo que estamos planteando la hipótesis de que este podría ser el límite en sí mismo”.

Meyer añadió: “Webb, por primera vez, ha podido investigar hasta ese límite y más allá. Si ese límite es real, en realidad no debería haber ningún objeto con la masa de Júpiter flotando libremente en nuestra galaxia, la Vía Láctea, a menos que se formaran como planetas y luego fueran expulsados ​​de un sistema planetario”.

Imagen B: Objetos de baja masa dentro de la Nebulosa de la Llama en luz infrarroja

Construyendo sobre el legado del Hubble

Las enanas marrones, dada la dificultad de encontrarlas, tienen una gran cantidad de información que proporcionar, particularmente en la formación de estrellas y la investigación planetaria, dadas sus similitudes tanto con las estrellas como con los planetas. El telescopio espacial Hubble de la NASA ha estado buscando estas enanas marrones durante décadas.

Aunque el Hubble no puede observar las enanas marrones de la Nebulosa de la Llama con una masa tan baja como el Webb, fue crucial para identificar candidatos para estudios posteriores. Este estudio es un ejemplo de cómo el Webb tomó la posta (décadas de datos del Hubble del Complejo de Nubes Moleculares de Orión) y permitió una investigación en profundidad.

“Es realmente difícil hacer este trabajo, observar enanas marrones de hasta diez masas de Júpiter, desde la Tierra, especialmente en regiones como esta. Y tener datos existentes del Hubble de los últimos 30 años aproximadamente nos permitió saber que esta es una región de formación estelar realmente útil a la que apuntar. Necesitábamos tener el Webb para poder estudiar este tema científico en particular”, dijo De Furio.

"Es un gran salto en nuestra capacidad de entender lo que estaba sucediendo desde el Hubble. El Webb realmente abre un campo de posibilidades completamente nuevo para comprender estos objetos", explicó el astrónomo Massimo Robberto del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial.

Este equipo continúa estudiando la Nebulosa de la Llama, utilizando las herramientas espectroscópicas del Webb para caracterizar mejor los diferentes objetos dentro de su capa polvorienta.

“Hay una gran superposición entre los objetos que podrían ser planetas y los que son enanas marrones de masa muy, muy baja”, afirmó Meyer. “Y ese es nuestro trabajo en los próximos cinco años: averiguar cuál es cuál y por qué”.

Estos resultados son aceptados para su publicación en The Astrophysical Journal Letters.

Imagen C (Animada): Nebulosa de la Llama (Comparación entre el Hubble y el Webb)

El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. Webb resuelve misterios en nuestro sistema solar, observa mundos distantes alrededor de otras estrellas y explora 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, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).

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