El Telescopio Espacial James Webb, fruto de la colaboración entre la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA), ha vuelto a dirigir su potente mirada hacia las profundidades del cosmos y nos ha regalado una vista impresionante. La última fotografía del mes muestra IRAS 04302+2247, un extraordinario disco protoplanetario situado en un vivero estelar, la región de Tauro, a una distancia de aproximadamente 525 años luz de la Tierra. Este objeto celeste, envuelto en una oscura nube de gas molecular y polvo, representa una ventana crucial para comprender el proceso de formación de planetas, incluido aquel que, hace unos 4.500 millones de años, dio lugar a la creación de nuestro propio Sistema Solar.

Una mirada a la cuna cósmica

A lo largo de nuestra galaxia, en vastas y frías nubes de gas, nacen nuevas estrellas. Estos embriones estelares, conocidos como protoestrellas, están rodeados por densos discos de material en sus primeras etapas de desarrollo. Son precisamente estos discos, compuestos de gas y diminutos granos de polvo, los que constituyen los bloques de construcción para futuros planetas. Al observar objetos como IRAS 04302+2247, los astrónomos pueden reconstruir las condiciones que prevalecían en los albores de nuestro Sistema Solar, cuando se formaron la Tierra y los demás planetas.

IRAS 04302+2247, abreviado como IRAS 04302, es un ejemplo perfecto de una protoestrella que todavía está acumulando activamente masa de su entorno. La excepcional sensibilidad del Webb ha permitido medir este disco, cuyo diámetro se extiende a lo largo de unos increíbles 65 mil millones de kilómetros, lo que es varias veces mayor que el diámetro de nuestro Sistema Solar. Lo que hace que esta imagen sea especialmente significativa es la perspectiva única. Desde nuestro punto de vista, el disco está orientado de canto, por lo que lo vemos como una delgada línea oscura que divide la imagen. Esta franja oscura de polvo y gas oculta la luz directa de la protoestrella central, permitiendo así que el telescopio capture las estructuras más sutiles de su entorno.

El disco en la palma de la mano: una perspectiva única

Cuando los discos protoplanetarios se observan "desde arriba", es decir, de frente, a menudo revelan estructuras complejas como anillos, huecos y brazos espirales. Estas formaciones pueden ser la primera evidencia de la existencia de planetas jóvenes que, con su influencia gravitacional, despejan una trayectoria dentro del disco, acumulando material a su paso. Alternativamente, tales estructuras también pueden surgir de otros fenómenos, como inestabilidades gravitacionales dentro del propio disco o áreas donde los granos de polvo se acumulan debido a diferencias en la presión del gas.

Sin embargo, la vista de canto de IRAS 04302 ofrece una visión completamente diferente, pero igualmente importante. Revela la estructura vertical del disco, es decir, su grosor. En los modelos teóricos de formación planetaria, un paso crucial es la migración de los granos de polvo hacia el plano central del disco. Allí se asientan, creando una capa de material delgada y muy densa. En esta capa densa, las condiciones son ideales para una mayor aglomeración y crecimiento, lo que finalmente conduce a la formación de núcleos planetarios. El grosor del disco, que el Webb puede medir con precisión, es un indicador de la eficiencia de este proceso de asentamiento y es un parámetro clave para probar las teorías sobre el nacimiento planetario.

La estrella mariposa y el juego de luces y sombras

La densa franja de gas polvoriento que se extiende verticalmente a través de la imagen actúa como un coronógrafo natural, bloqueando la luz cegadora de la protoestrella IRAS 04302. Gracias a esta ocultación, el Webb puede capturar las delicadas y tenues estructuras que la rodean. Como resultado, a ambos lados del disco oscuro se aprecian dos nebulosas etéreas y vaporosas. Se trata de nebulosas de reflexión: nubes de gas y polvo que no emiten su propia luz, sino que reflejan la luz de la estrella central oculta. Debido a la apariencia simétrica de estas dos nebulosas, que se asemejan a alas, IRAS 04302 ha recibido el apropiado apodo de "Estrella Mariposa" (Butterfly Star).

Estas nebulosas proporcionan información adicional sobre el entorno de la joven estrella. Al analizar el espectro de la luz reflejada, los científicos pueden aprender más sobre la composición y el tamaño de los granos de polvo en las nubes que rodean el disco. El color de una nebulosa de reflexión a menudo se inclina hacia la parte azul del espectro, porque los granos de polvo más pequeños dispersan la luz azul de longitud de onda más corta de manera más eficiente, de forma similar a como las partículas en la atmósfera de la Tierra hacen que el cielo sea azul.

El poder del universo infrarrojo: Webb y Hubble en colaboración

Esta fascinante imagen no es el resultado del trabajo de un solo telescopio. Es un retrato multi-longitud de onda, creado mediante la combinación de datos recopilados por la Cámara de Infrarrojo Cercano del Webb (NIRCam), su Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) y datos ópticos del legendario Telescopio Espacial Hubble. Cada uno de estos instrumentos proporciona una pieza única del rompecabezas.

La capacidad del Webb para observar en el espectro infrarrojo es crucial para estudiar este tipo de objetos. La radiación infrarroja puede penetrar a través de densas nubes de polvo que son opacas a la luz visible, permitiendo a los astrónomos ver lo que sucede dentro del propio disco y en su vecindad inmediata. NIRCam revela la distribución de diminutos granos de polvo y la luz reflejada que se extiende lejos del disco, mientras que MIRI detecta la radiación térmica emitida por los propios granos, proporcionando información sobre su temperatura y composición. Por otro lado, el Hubble, que observa principalmente en luz visible y ultravioleta, se centra en los detalles dentro de la propia franja de polvo y en los grumos y filamentos de la nebulosa circundante, lo que sugiere que la estrella todavía está acumulando activamente material de su entorno y expulsando potentes chorros y flujos de material, lo cual es típico de las primeras etapas de la vida estelar.

De un grano de polvo a un planeta: procesos clave de formación

Las observaciones de IRAS 04302 se llevaron a cabo como parte de un programa científico (Webb GO #2562), dirigido por un equipo de investigadores internacionales. El objetivo de este programa es investigar cuatro discos protoplanetarios que, al igual que IRAS 04302, están orientados de canto hacia nosotros. Al comparar estos sistemas, los científicos esperan comprender cómo evoluciona el polvo dentro de los discos, lo cual es un paso fundamental hacia la formación de planetas. El crecimiento de los granos de polvo se considera una fase crítica. Inicialmente, estos granos son microscópicos, más pequeños que las partículas de humo. Sin embargo, a través de procesos de colisión y adhesión (coagulación), crecen gradualmente, formando agregados más grandes del tamaño de guijarros y rocas. Estos objetos más grandes, conocidos como planetesimales, continúan colisionando y fusionándose entre sí hasta que alcanzan un tamaño suficiente para que su gravedad comience a dominar, atrayendo el gas y el polvo circundantes y formando planetas de pleno derecho. El estudio de la estructura vertical de discos como este ayuda a comprender la física que gobierna este complejo y crucial proceso, brindándonos una visión directa de las condiciones que una vez crearon nuestro propio hogar planetario.