La última imagen del mes de este año del telescopio espacial James Webb, dirigida por la ESA, trae una escena que parece una postal navideña desde las profundidades de la Vía Láctea: el joven cúmulo estelar Westerlund 2, inmerso en las nubes incandescentes de la nebulosa Gum 29, llena el encuadre con miles de estrellas deslumbrantes y complejas estructuras de gas y polvo. En un solo plano se unen la estética y la ciencia: un “espectáculo de fuegos artificiales” cósmico visualmente espectacular y un laboratorio excepcionalmente rico para estudiar la formación de estrellas, enanas marrones y discos protoplanetarios.

Westerlund 2 se encuentra a unos 20 000 años luz de la Tierra en la constelación austral de la Quilla (Carina). Se trata de un cúmulo extremadamente joven, de solo unos dos millones de años, situado en una inmensa región de formación estelar conocida como Gum 29. En ese entorno caótico, en el que las estrellas masivas con su radiación y vientos “tallan” la nebulosa circundante, Webb muestra ahora por primera vez en el rango infrarrojo casi toda la población de estrellas y objetos subestelares, desde los gigantes más masivos hasta las enanas marrones más pequeñas cuya masa es solo unas diez veces mayor que la masa de Júpiter.

La nueva imagen fue creada combinando datos de los instrumentos de Webb NIRCam (Near-Infrared Camera) y MIRI (Mid-Infrared Instrument). NIRCam en el rango del infrarrojo cercano registra estrellas jóvenes que atraviesan el polvo, mientras que MIRI en el infrarrojo medio revela el gas polvoriento incandescente y capas de material cálido donde nacen los planetas. Juntos dan una imagen estratificada, casi tridimensional, de una “cuna” estelar en pleno funcionamiento.

Fuegos artificiales de estrellas en el corazón de la nebulosa Gum 29

En la parte superior de la imagen de Webb domina un denso cúmulo de estrellas jóvenes y extremadamente masivas: el corazón mismo de Westerlund 2. Muchas de ellas se encuentran entre las estrellas más calientes y brillantes conocidas en la Vía Láctea, y parte del sistema probablemente incluye también estrellas de tipo Wolf–Rayet, que ya muestran fuertes vientos estelares y un rico espectro de líneas de emisión. Su intensa radiación ultravioleta y vientos literalmente “arenan” el gas circundante, empujándolo en olas, riscos y pilares que rodean el núcleo del cúmulo.

El cúmulo Westerlund 2 se extiende aproximadamente de 6 a 13 años luz de diámetro y contiene alrededor de varios miles de estrellas, desde gigantes calientes estrellas O hasta una multitud de estrellas más débiles, recién formadas y de menor masa. Dado que el cúmulo es muy joven, gravitacionalmente aún no ha logrado “dispersarse” por la galaxia; todas las estrellas todavía están relativamente densamente comprimidas en la misma área. Precisamente esa densidad y juventud hacen de Westerlund 2 un laboratorio natural ideal para estudiar los procesos mediante los cuales se forman las estrellas y los planetas en las condiciones más extremas.

La nebulosa Gum 29, en la que se encuentra el cúmulo, es una inmensa burbuja de hidrógeno ionizado y polvo. En la imagen de Webb, las paredes de esa burbuja se muestran como estructuras onduladas y rotas en tonos de naranja y rojo, mientras que las capas de material más delgadas y raras pasan a tonos azules y rosados más suaves. La radiación de las estrellas de Westerlund 2 impregna toda la escena, iluminando los bordes de las nubes como el sol poniente que colorea los bordes de las nubes cúmulos en la Tierra.

La famosa imagen de Hubble publicada con motivo del 25.º aniversario de ese telescopio recordó la misma escena hace unos diez años. Hubble mostró entonces en el rango visible e infrarrojo cercano un fuego artificial de unas tres mil estrellas jóvenes y caóticas nubes de gas. Sin embargo, los instrumentos de Webb pueden mirar aún más profundo a través del polvo y revelar también aquellas fuentes de luz mucho más débiles que Hubble no podía resolver claramente, especialmente estrellas más frías de baja masa y enanas marrones que se esconden en las sombras de las nubes.

Chispas estelares de seis puntas y paredes de gas incandescentes

La impresión visual de la imagen de Webb de Westerlund 2 puede engañar a primera vista: en el cielo parece que todas las estrellas son parte del mismo cúmulo. Pero muchas de las estrellas más deslumbrantes con espectaculares “copos” de difracción de seis puntas en realidad se encuentran mucho más cerca de la Tierra. Son estrellas de nuestro brazo espiral de la Vía Láctea, cuya luz se refracta de manera particularmente acentuada en la geometría de los espejos y soportes de Webb, creando el patrón de puntas reconocible.

Los verdaderos miembros de Westerlund 2 son en su mayoría mucho más débiles, pero hay sorprendentemente muchos de ellos en la visión infrarroja de Webb. En la parte central de la imagen vemos un denso cúmulo de puntos diminutos y puntiagudos: estrellas jóvenes en la secuencia principal y objetos de la pre-secuencia principal, que apenas terminan su fase de formación. Algunas de ellas todavía están inmersas en pequeños capullos de gas y polvo, visibles como “nudos” arrugados y densos en nubes por lo demás más transparentes.

Debajo y alrededor del cúmulo principal se destacan grandes muros y pilares de gas con formas casi escultóricas. Son zonas donde las nubes ya han sido erosionadas por la radiación de las estrellas más masivas; los bordes de esas estructuras están iluminados como el borde de las nubes al atardecer, pero en el infrarrojo, por lo que los colores pasan del rojo oscuro al naranja claro. En esas capas limítrofes se encuentran también densos pilares y “dedos” de material que protegen los nidos interiores, aún más fríos, de estrellas de la radiación más fuerte.

En las partes más delgadas de la nebulosa, entre nubes más densas, la radiación infrarroja muestra suaves matices azulados y rosados: rastros de gas y polvo más raros que flotan entre las dos zonas principales de formación estelar. Toda la imagen funciona así como un mapa de densidad y temperatura: las partes más cálidas y densas brillan en tonos más rojos, mientras que el material más frío y raro pasa a colores más suaves y transparentes.

Cómo Webb “ve” a través del polvo: NIRCam y MIRI en tándem

La clave de una imagen tan detallada reside en la combinación de las dos cámaras principales de Webb. NIRCam, la cámara para el infrarrojo cercano, es sensible a longitudes de onda de aproximadamente 0,6 a 5 micrómetros. Es el principal “caballo de batalla” de Webb para imágenes nítidas de estrellas jóvenes y protoestrellas, pero también la herramienta con la que el telescopio se calibró y enfocó originalmente. Gracias a una alta resolución espacial y sensibilidad, NIRCam puede distinguir estrellas individuales incluso en cúmulos extremadamente densos como Westerlund 2, donde miles de fuentes de luz se encuentran casi “hombro con hombro”.

MIRI, el instrumento para el infrarrojo medio, trabaja a longitudes de onda aún mayores, aproximadamente de 5 a 28 micrómetros. En ese rango irradia el gas polvoriento cálido y las partículas de polvo calentadas por la radiación estelar, así como capas de gas molecular en la vecindad de estrellas jóvenes y discos protoplanetarios. MIRI da así un mapa de qué partes de la nebulosa proviene el calor y dónde se encuentran bolsas de material densas y aún activas de las que continúan naciendo estrellas y planetas.

En la representación de Westerlund 2, los datos de NIRCam y MIRI se han fusionado cuidadosamente en una sola imagen compuesta. Se eligieron colores infrarrojos específicos para enfatizar las diferencias entre estrellas calientes y masivas, estrellas más frías recién formadas de baja masa y nubes de gas y polvo. Detrás del resultado estéticamente atractivo se encuentra una precisa “codificación” científica de colores, que permite a los astrónomos leer de una sola imagen una multitud de información física diferente, desde la temperatura y la densidad hasta la estructura y la profundidad de las nubes.

Caza de enanas marrones: un censo completo de vecinos subestelares

Uno de los resultados científicos más importantes que se esconde detrás de esta imagen es el primer censo casi completo de enanas marrones en Westerlund 2. Las enanas marrones son objetos “entre” estrellas y planetas: son lo suficientemente masivas como para iniciar la fusión de deuterio en sus núcleos, pero no tienen suficiente masa para mantener una fusión estable de hidrógeno como las estrellas verdaderas. Por eso son muy oscuras y frías en el rango óptico, por lo que es extremadamente difícil detectarlas a grandes distancias, especialmente si están ocultas detrás de nubes de polvo.

Precisamente aquí entra en juego la sensibilidad de Webb en el espectro infrarrojo. En Westerlund 2, los datos de Webb revelan por primera vez toda una serie de enanas marrones en un cúmulo joven extremadamente masivo, incluidos objetos cuya masa es solo unas diez masas de Júpiter. Tales objetos están fuera del alcance de la mayoría de los instrumentos anteriores, por lo que hasta ahora eran prácticamente invisibles a estas distancias.

El censo de estos miembros subestelares del cúmulo es especialmente importante para comprender la llamada función inicial de masa: la distribución de masas con la que la naturaleza “da a luz” estrellas y objetos subestelares en diferentes entornos. En viveros estelares más tranquilos y menos densos, los astrónomos ya han podido estudiar cómo el número de estrellas pequeñas y enanas marrones se compara con el número de estrellas masivas. Pero en cúmulos extremos y supermasivos como Westerlund 2, donde dominan estrellas muy masivas y una fuerte radiación, tales estudios detallados hasta ahora eran imposibles.

Los datos de Webb permiten ahora determinar para Westerlund 2 en qué medida este “vecindario extremo” fomenta o sofoca la formación de enanas marrones. Si resulta que su número es similar al de áreas más tranquilas, eso sugeriría que la naturaleza crea objetos subestelares a un ritmo similar independientemente del entorno. Pero si hay significativamente menos o más, eso significaría que el entorno (densidad del gas, turbulencia, radiación) cambia directamente la forma en que el gas se fragmenta y colapsa en nuevos objetos.

Discos en un barrio peligroso: donde nacen y desaparecen los planetas

Junto con las enanas marrones, los datos de Webb también se basan en el seguimiento plurianual por parte de Hubble de los discos protoplanetarios en Westerlund 2. Los discos son estructuras planas y giratorias de gas y polvo que rodean a las estrellas jóvenes; precisamente en esos discos se forman los sistemas planetarios. Sin embargo, en el centro de Westerlund 2, donde las estrellas masivas bombardean constantemente los alrededores con radiación ultravioleta y fuertes vientos, los discos están expuestos a un entorno que los amenaza con dispersión y evaporación.

Hubble mostró en un programa de tres años que los discos de estrellas más cercanas al centro del cúmulo pierden material mucho más rápido que los discos en zonas periféricas. Webb ahora continúa esa historia en el rango infrarrojo: gracias a la sensibilidad al polvo cálido y al gas molecular, los astrónomos pueden identificar varios cientos de estrellas con discos en diferentes etapas de desarrollo en todo el cúmulo, desde discos densos y aún masivos hasta estructuras ya bastante despojadas al borde de la supervivencia.

Tal comparación ofrece la rara oportunidad de observar directamente cómo el entorno influye en el futuro de los posibles sistemas planetarios. En el centro de Westerlund 2, los planetas (si es que se forman) probablemente están expuestos a una fuerte radiación y a frecuentes encuentros cercanos con estrellas vecinas. El resultado pueden ser órbitas desestabilizadas, planetas expulsados o sistemas muy exóticos que apenas se parecen a nuestro Sistema Solar. En los bordes del cúmulo, donde el entorno es más tranquilo, los discos tienen más tiempo para enfriarse, acumular polvo y construir planetas antes de que los gigantes circundantes los destruyan.

Westerlund 2 sirve por lo tanto como un campo de pruebas extremo: muestra cómo la formación de planetas se lleva a cabo en un “mal barrio” de la galaxia, bajo condiciones que probablemente se asemejan a los entornos en los que nacieron las primeras generaciones de estrellas y planetas en la historia temprana del universo. Comparando con cúmulos más tranquilos y pequeños, los astrónomos pueden reconstruir cuán “protegido” estaba nuestro Sistema Solar en relación con regiones tan violentas.

EWOCS: un gran proyecto de mapeo de cúmulos estelares supermasivos

La nueva imagen de Webb de Westerlund 2 es parte de observaciones más amplias realizadas en el marco del proyecto Extended Westerlund 1 and 2 Open Clusters Survey (EWOCS). Se trata de un gran programa internacional que combina datos del telescopio espacial James Webb, el observatorio de rayos X Chandra y otros instrumentos para estudiar en detalle los cúmulos jóvenes más masivos en nuestra galaxia: Westerlund 1 y Westerlund 2.

EWOCS fue diseñado con varios objetivos clave. Primero, quiere determinar la distribución completa de masas de estrellas y objetos subestelares en estos cúmulos, desde las estrellas más masivas hasta las enanas marrones. Segundo, la intención es identificar y caracterizar discos protoplanetarios en un entorno tan extremo, en el que la fuerte radiación y los vientos de las estrellas masivas cambian constantemente el “clima” local. Tercero, el proyecto se esfuerza por rastrear cómo las interacciones entre las estrellas y el entorno (radiación, choques, pasos gravitacionales cercanos) se reflejan en la evolución de las propias estrellas y sus sistemas.

Para Westerlund 1, EWOCS ya ha entregado un catálogo detallado de fuentes de rayos X y una espectacular imagen de Webb que muestra el núcleo del cúmulo supermasivo con miles de estrellas de diferentes masas. El mismo enfoque se aplica ahora a Westerlund 2, donde las observaciones infrarrojas de Webb (incluido un programa JWST dedicado en Westerlund 2) están diseñadas para alcanzar incluso a los miembros más oscuros y de baja masa del cúmulo, pero también para resaltar discos y estructuras de gas.

Además de producir imágenes impresionantes para el público, EWOCS genera también extensos datos de catálogo: posiciones, brillos, espectros y otros parámetros de miles de fuentes. Estos datos permiten estudios estadísticos que responderán a una serie de preguntas en los próximos años: cuántas enanas marrones nacen en tales cúmulos supermasivos, cuánto tiempo sobreviven los discos cerca de estrellas masivas, cuál es la dinámica interna del cúmulo y cómo afecta todo esto a las perspectivas para la formación de planetas.

Vínculo con Hubble, Chandra y futuras misiones

Westerlund 2 no es un objeto nuevo para los astrónomos, pero Webb le da una dimensión completamente nueva. Hubble ya publicó en 2015 una famosa imagen de Westerlund 2 y la nebulosa Gum 29 con motivo de su propio 25.º aniversario, mostrando un “fuego artificial estelar” en el rango visible e infrarrojo cercano. El observatorio de rayos X Chandra completó la imagen en el rango de alta energía, revelando cuántas estrellas jóvenes y masivas brillan también en rayos X, junto con la emisión difusa de gas caliente entre ellas.

Ahora Webb combina y expande toda esa información en el infrarrojo, el rango donde las estrellas con discos, las enanas marrones y el gas polvoriento cálido son más fácilmente observables. En combinación con los datos de Hubble y Chandra, los astrónomos pueden construir un mapa casi “multicapa” de Westerlund 2: la luz visible muestra las superficies iluminadas de las nubes, la radiación infrarroja revela estrellas jóvenes y discos ocultos, y la radiación de rayos X habla de los procesos y choques más enérgicos.

Tales comparaciones múltiples tendrán consecuencias de gran alcance también para futuras misiones. Westerlund 2 sirve como muestra de referencia para comprender los cúmulos estelares en otras galaxias, que Webb ya observa en el infrarrojo, pero como puntos diminutos y apenas resolubles. Conociendo en detalle cómo se ve “desde adentro” un cúmulo local pero extremo, los astrónomos podrán interpretar mejor las señales de objetos mucho más distantes en el universo temprano.

Westerlund 2 como ventana al pasado de la Vía Láctea

Westerlund 2 y sus “gemelos” como Westerlund 1 representan un tipo de entorno que se cree que fue común en la historia temprana de la Vía Láctea. En esa época, la galaxia experimentaba períodos de intensa formación estelar, creando cúmulos supermasivos en los que la densidad de estrellas y el nivel de radiación eran mucho más altos que en la mayoría de los cúmulos abiertos actuales.

Comprender cómo se forman y sobreviven las estrellas y los planetas en tales condiciones ayuda a responder preguntas como: ¿qué tan común es siquiera que los sistemas planetarios similares a nuestro Sistema Solar se formen y sobrevivan en la galaxia? Si la mayoría de las estrellas nacen en cúmulos similares a Westerlund 2, entonces una parte significativa de los planetas potenciales está expuesta desde el principio a condiciones violentas que pueden limitar su longevidad y estabilidad.

Westerlund 2 también permite probar teorías sobre cómo nacen y mueren las estrellas masivas. En entornos tan densos son posibles interacciones cercanas y fusiones de estrellas, lo que puede conducir a la creación de objetos extremadamente masivos y, finalmente, supernovas muy potentes o incluso agujeros negros de masas mayores que en los casos promedio. Los detallados datos infrarrojos de Webb ayudarán a identificar las estrellas más masivas y evolucionadas en el cúmulo, así como sus interacciones con el gas circundante.

Para los astrónomos que se ocupan de la evolución de las galaxias a escalas cósmicas, Westerlund 2 representa un “modelo” local de entorno starburst: un área de formación estelar extremadamente intensa. Comparando con galaxias starburst distantes, Webb permite comparar la imagen macroscópica (tasas globales de formación estelar y brillo infrarrojo de toda la galaxia) con la imagen microscópica (cúmulos individuales, discos y enanas marrones).

Escena cósmica para el público, tesoro de datos para la ciencia

Aunque este “brillante fuego artificial de estrellas enanas” seguirá siendo principalmente un placer visual para muchos, detrás de él hay una inmensa cantidad de datos y objetivos científicos planificados de antemano. Cada píxel de la imagen nació de una serie de observaciones en diferentes filtros, calibraciones complejas y un procesamiento cuidadoso. Los datos se convierten luego en catálogos con posiciones, brillos y colores de miles de estrellas, y en espectros y productos adicionales que permiten análisis detallados.

Para los científicos, esta imagen es solo el comienzo: una especie de portada de extensos catálogos y trabajos que siguen. En los próximos años se esperan estudios detallados de la función de masa en Westerlund 2, trabajos sobre el desarrollo de discos en condiciones extremas, análisis de la estructura de la nebulosa Gum 29, pero también comparaciones con otros cúmulos en la Vía Láctea y más allá. Westerlund 2, que ya marcó el 25.º aniversario de Hubble, ahora se convierte también en uno de los símbolos visualmente más impresionantes de la capacidad de Webb para revelar las capas ocultas de nuestro cosmos.

Para el público en general, la última imagen del mes de Webb en 2025 proporciona también un recordatorio algo más profundo: detrás de cada estrella brillante en la noche se esconde toda una historia de formación y evolución, en gran medida moldeada por el entorno en el que nació esa estrella. Westerlund 2 muestra cuán dramático puede ser ese entorno, y cuánto conocimiento se necesita para que realmente lo comprendamos.