El límite desconocido de la formación estelar: una investigación desafía teorías previas sobre “estrellas fallidas”

En lo profundo de la Nebulosa de la Llama, una región de formación estelar oculta detrás de densas nubes de gas y polvo, el telescopio espacial James Webb (JWST) logró localizar jóvenes objetos cósmicos llamados enanas marrones, o “estrellas fallidas”. Estos cuerpos flotan libremente en el espacio, sin estar ligados a ningún astro, y suelen ser muy tenues, lo que dificulta su identificación.

El estudio fue publicado en The Astrophysical Journal Letters. Los resultados muestran que en esa nebulosa existen objetos flotantes libres con masas de entre 2 y 3 veces la de Júpiter, aunque la sensibilidad del JWST permite detectar hasta 0.5 masas de Júpiter. Sin embargo, los astrónomos no hallaron estructuras de menor tamaño, lo que sugiere que podría existir un límite natural.

La observación del JWST en la Nebulosa de la Llama

Ubicada a aproximadamente 1.400 años luz de la Tierra, la Nebulosa de la Llama es una joven región de formación estelar con menos de un millón de años de antigüedad. Dentro de ella se encuentran enanas marrones, cuerpos que no alcanzan la masa suficiente para sostener la fusión de hidrógeno en su núcleo. Esta condición es necesaria para el nacimiento de un astro, y es lo que les brinda su brillo.

Esto significa que estas “estrellas fallidas” son significativamente más frías y tenues. Esta particularidad las convierte en objetos difíciles de detectar con la mayoría de los telescopios, incluso cuando se encuentran a distancias relativamente cercanas en términos astronómicos.

Sin embargo, en sus primeras etapas poseen un cierto grado de luminosidad que puede ser captado por el JWST, gracias a su capacidad de observación en el espectro infrarrojo. El poderoso telescopio logra penetrar la densa nube de gas y polvo que envuelve a la nebulosa y revelar el débil resplandor de estos cuerpos celestes.

Esto permitió al equipo de astrónomos identificar por primera vez objetos de muy baja masa dentro de la región. “El objetivo de este proyecto era explorar el límite fundamental de baja masa del proceso de formación de estrellas y enanas marrones. Con Webb, podemos investigar los objetos más débiles y de menor masa”, explicó Matthew De Furio de la Universidad de Texas en Austin, autor principal del estudio, en un comunicado del Space Telescope Science Institute.

El hallazgo: el límite inferior en la formación de estrellas y enanas marrones

En el proceso de formación estelar, las grandes nubes moleculares se fragmentan en unidades más pequeñas bajo la acción de la gravedad. Si una de ellas posee la masa necesaria, su núcleo puede alcanzar temperaturas lo suficientemente altas como para iniciar la fusión de hidrógeno, lo que la estabiliza como una estrella. Sin embargo, cuando la masa es insuficiente, el cuerpo continúa enfriándose, lo que le da lugar a una enana marrón o a un objeto subestelar.

Los modelos teóricos predicen que la fragmentación de las nubes puede detenerse cuando el material se vuelve opaco y comienza a absorber su propia radiación, lo que impide que siga enfriándose y colapse. Hasta ahora, se estimaba que este límite podía situarse entre 1 y 10 masas de Júpiter, pero las nuevas observaciones del JWST reducen significativamente ese margen.

“Como se ha comprobado en muchos estudios anteriores, a medida que se va descendiendo la masa, se encuentran más objetos de hasta unas 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”, detalló De Furio.

El patrón observado es claro: hay más cuerpos de 10 masas de Júpiter que de 5, más de 5 que de 3, y prácticamente ninguno con menos de 2. “En realidad, no encontramos ningún objeto con una masa inferior a dos o tres Júpiter, y esperamos verlos si están allí, por lo que nuestra hipótesis es que este podría ser el límite en sí mismo”, explicó el astrónomo.

Michael Meyer, de la Universidad de Michigan, agregó: “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 hayan formado como planetas y luego hayan sido expulsados ​​de un sistema planetario”.

Implicaciones del estudio y el futuro de la investigación

Los resultados de esta investigación podrían cambiar la comprensión sobre la formación estelar y la existencia de planetas errantes en la Vía Láctea. Hasta ahora, se debatió si los mundos de masa similar a la de Júpiter podrían formarse de manera independiente en el espacio interestelar o si todos los objetos de este tipo eran planetas expulsados de sus sistemas de origen.

Además, este análisis es un ejemplo del avance que representa el JWST respecto a su predecesor, el telescopio espacial Hubble. Aunque este no tiene la capacidad de detectar enanas marrones tan tenues como las observadas en la Nebulosa de la Llama, su trabajo previo fue fundamental para determinar los candidatos a estudio.

“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”, afirmó De Furio.

Por otro lado, la capacidad del JWST para identificar estos cuerpos celestes permitirá continuar la exploración de la nebulosa a través de herramientas espectroscópicas. “Hay una gran superposición entre los objetos que podrían ser planetas y los que son enanas marrones de masa muy, muy baja. Y ese es nuestro trabajo en los próximos cinco años: averiguar cuál es cuál y por qué”, explicó Meyer.

Este descubrimiento no solo proporciona evidencia del límite inferior en el nacimiento de enanas marrones, sino que también plantea preguntas clave sobre la evolución de los objetos subestelares. Con futuras observaciones, los expertos esperan poder esclarecer si estos comparten un origen común con los planetas o si representan una clase distinta de cuerpos celestes en el universo.