Webb detecta en IC 348 las enanas marrones más ligeras conocidas

El telescopio espacial James Webb ha hallado en IC 348, una joven región de formación estelar situada a unos 1.000 años luz, enanas marrones libres con masas estimadas de solo unas dos veces la de Júpiter. Son las enanas marrones menos masivas conocidas y se sitúan en la difusa frontera entre los planetas gigantes y las estrellas fallidas. 1

Cómo localizó Webb objetos tan débiles

IC 348 forma parte de la región de formación estelar de Perseo. La visión infrarroja de Webb atraviesa mejor el polvo que la luz visible y permite detectar objetos jóvenes, fríos y poco luminosos que quedarían ocultos o resultarían demasiado tenues para otros telescopios. 1

La búsqueda se desarrolló en dos pasos:

1. NIRCam, la cámara de infrarrojo cercano de Webb, midió el brillo y los colores infrarrojos de posibles candidatos. Las enanas marrones jóvenes y frías dejan una huella distinta de la de las estrellas corrientes y muchas fuentes de fondo.
2. NIRSpec, el espectrógrafo de infrarrojo cercano, obtuvo después espectros de los candidatos seleccionados. Esos espectros aportan evidencias de atmósferas subestelares frías y jóvenes, y ayudan a estimar sus propiedades físicas, incluida la masa.

El resultado amplía un hallazgo anterior de Webb en el mismo cúmulo. La primera búsqueda identificó tres enanas marrones libres con menos de ocho masas de Júpiter; la más pequeña se estimó en unas tres o cuatro masas jovianas. El seguimiento más profundo ha rebajado ese límite hasta cerca de dos masas de Júpiter. 3

Por qué una masa de dos Júpiteres es tan importante

Las enanas marrones no alcanzan la masa necesaria para mantener la fusión de hidrógeno que alimenta a las estrellas normales. Las más masivas pueden fusionar deuterio durante un tiempo, pero no se convierten en estrellas de larga vida.

Los objetos más ligeros de IC 348 tienen masas comparables a las de planetas gigantes, pero no orbitan una estrella: están libres en el espacio. En este extremo, la masa por sí sola no resuelve la etiqueta. Un cuerpo puede parecer planetario por su masa y, aun así, describirse como enana marrón u objeto de masa planetaria si se cree que nació de un modo parecido al de una estrella, y no dentro de un disco alrededor de otra estrella.

Formar objetos aislados de solo unas pocas masas de Júpiter es difícil para los modelos convencionales de fragmentación de nubes de gas. La NASA señala que estos descubrimientos ponen a prueba los modelos de formación estelar. Las observaciones fijan un nuevo límite bajo de masa en IC 348, pero no determinan por sí solas qué mecanismo los originó. 1

Una cifra estimada, no una medición directa

La expresión “unas dos masas de Júpiter” no equivale a pesar directamente el objeto. En enanas marrones muy jóvenes, la masa se infiere combinando la luminosidad y los espectros observados con modelos de evolución que calculan cómo se enfrían y se atenúan con el tiempo.

Por eso, el valor depende de supuestos sobre la edad de los objetos y sus primeras fases evolutivas. La conclusión central es que IC 348 contiene miembros subestelares confirmados o sólidamente respaldados en un rango de masas extraordinariamente bajo, no que exista una frontera exacta y definitiva entre planetas y enanas marrones.

Discos alrededor de objetos de masa planetaria

Dos nuevos miembros de IC 348, con masas estimadas de aproximadamente dos y diez veces la de Júpiter, muestran un exceso de radiación infrarroja asociado a discos circunestelares. Esos discos contienen el material a partir del cual podrían llegar a formarse planetas o lunas.

La implicación es llamativa: los ingredientes de la formación planetaria podrían estar presentes alrededor de cuerpos que, por sí mismos, tienen una masa cercana a la de un planeta. Sin embargo, Webb no ha fotografiado planetas formándose en esos sistemas. El exceso infrarrojo revela material de disco; no demuestra que ya existan planetas.

Chorros, choques y nacimiento estelar en una sola imagen

La panorámica de IC 348 no solo sirve para contar enanas marrones. También muestra estrellas recién nacidas que expulsan chorros de materia y remodelan el gas y el polvo de su entorno. La NASA destaca esos potentes chorros como una de las características principales de la escena.

Cuando los flujos estelares chocan con el material circundante, generan estructuras brillantes de choque llamadas objetos Herbig-Haro. La imagen incluye, entre otras, HH 797 y HH 211, y ofrece una instantánea de distintas etapas del nacimiento estelar: protoestrellas aún envueltas en polvo, estrellas jóvenes emergentes, chorros, discos y objetos subestelares libres extremadamente débiles.

Un enigma químico en las atmósferas más ligeras

Los espectros de algunas de las enanas marrones de masa más baja muestran además una absorción vinculada a un hidrocarburo alifático no identificado. Una señal parecida, en torno a 3,4 micras, se había observado en el medio interestelar y en las atmósferas de Saturno y Titán. 714

Se ha propuesto que este comportamiento espectral inusual podría justificar una nueva clase para estas fuentes, pero ni la molécula concreta ni una nueva clasificación están confirmadas. Por ahora, la señal es una pista sobre la química y las atmósferas de las enanas marrones libres más pequeñas conocidas, no una respuesta definitiva. 9

Qué cambia con IC 348

Webb ha desplazado el borde inferior observado de las enanas marrones libres en IC 348: de las estimaciones previas de tres a cuatro masas de Júpiter hasta aproximadamente dos. El hallazgo demuestra que las regiones de formación estelar pueden producir objetos en un intervalo de masas que antes se asociaba sobre todo con planetas. Sus discos y sus espectros anómalos abren, además, nuevas preguntas sobre cómo se forman y evolucionan.

El siguiente paso no consiste únicamente en descubrir objetos aún más tenues. También será necesario averiguar si nacieron por colapso directo de una nube, por expulsión dinámica de sistemas jóvenes, por fragmentación de discos o mediante una combinación de varios procesos.