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Resumen: (Ene. 04, 2005) Por primera vez, un equipo de astrónomos con base en Alemania ha detectado la presencia de campos magnéticos en las estrellas centrales de cuatro nebulosas planetarias. Estos objetos son cáscaras de gas en expansión que permanecen luego de que estrellas tipo Sol eyectan sus capas exteriores hacia el final de sus vidas. Es un misterio no resuelto de larga data la razón por la cual el 80% de las nebulosas planetarias no son esféricas. Las teorías sugieren que los campos magnéticos juegan un papel en la conformación de estas nebulosas. El equipo, liderado por Stefan Jordan, ha descubierto ahora la primera clave directa de que los campos magnéticos sí crean estas formas notables.





Basado en un informe de Astronomy & Astrophysics

Simulación de discos de polvo con un núcleo energético. Crédito: NASA / Spitzer

Las nebulosas planetarias son cáscaras de gas en expansión que son eyectadas por estrellas tipo Sol hacia el final de sus vidas. Las estrellas de este tipo pasan la mayor parte de su vida transformando hidrógeno en helio. Al final de esta fase de fusión de hidrógeno, estas estrellas aumentan su diámetro por aproximadamente un factor de 100 y se convierten en “gigantes rojas”. Al finalizar esta fase de gigante roja, las capas exteriores de la estrella son lanzadas al espacio. El gas eyectado continúa alejándose de los restos de la estrella central, que evoluciona más tarde hacia la forma de “enana blanca”, cuando toda fusión nuclear ha cesado. Los astrónomos creen que una nebulosa planetaria se forma cuando un viento solar rápido que proviene de la estrella central alcanza al viento más lento que se produjo con anterioridad cuando la estrella eyectó la mayor parte de sus capas exteriores. En la frontera entre los dos vientos, ocurre un choque que produce la característica cáscara densa visible de las nebulosas planetarias. La cáscara de gas es excitada e iluminada por la luz emitida por la caliente estrella central. Esta luz de la estrella central es capaz de iluminar la nebulosa planetaria durante unos 10.000 años.

Las formas observadas en las nebulosas planetarias resultan muy enigmáticas: la mayoría de ellas (alrededor del 80%) es bipolar o elíptica, en lugar de esféricamente simétrica. Esta complejidad ha llevado a las hermosas y asombrosas imágenes obtenidas con los telescopios modernos. Las imágenes de más abajo comparan nebulosas planetarias con formas bipolar (izquierda) y esférica (derecha).

La nebulosa esférica Abell 39. Crédito: WIYN /NOAO / NSF

La razón por la cual la mayoría de las nebulosas planetarias no es esférica, no es bien comprendida. Hasta ahora han sido consideradas varias hipótesis. Una de ellas sugiere que las extrañas formas de las nebulosas planetarias pueden deberse a algún efecto centrífugo que resulte de la veloz rotación de las gigantes rojas. Otra teoría es que la simetría del viento estelar puede ser afectada por una estrella compañera. Sin embargo, las teorías más recientes y más convincentes que explican las formas de las nebulosas involucran a los campos magnéticos.

La presencia de campos magnéticos explicaría muy bien las formas complicadas de las nebulosas planetarias, ya que la materia eyectada queda atrapada a lo largo de las líneas del campo magnético. Esto podría compararse con las limaduras de hierro atrapadas a lo largo de las líneas de campo de un imán en forma de barra, una demostración clásica en los salones de clase de los colegios secundarios. Como los fuertes campos magnéticos de la superficie de la estrella también ejercen presión sobre el gas, la materia puede escaparse más fácilmente de la estrella en los polos magnéticos, donde el campo magnético es más fuerte.

Hay varias formas en que se pueden crear los campos magnéticos en la proximidad de las nebulosas planetarias. Pueden ser producidos por una dínamo estelar durante la fase en que la nebulosa es eyectada. Para que exista una dínamo, el núcleo de la estrella debe rotar más rápidamente que su cobertura (como sucede en el caso del Sol). También es posible que los campos magnéticos sean reliquias fósiles de etapas previas de la evolución estelar. En la mayoría de las circunstancias, la materia estelar es tan conductora de la electricidad que los campos magnéticos sobreviven por millones o miles de millones de años. Ambos mecanismos, combinados con la interacción de la materia eyectada con el gas interestelar que la rodea, podrían ser capaces de moldear a la nebulosa planetaria.

Hasta hace poco, la idea de que los campos magnéticos eran un ingrediente importante en la conformación de las nebulosas planetarias era apenas una propuesta teórica. En 2002, se encontraron los primeros indicios de tales campos magnéticos. Las observaciones de radio revelaron campos magnéticos en las cubiertas circum-estelares de las estrellas gigantes. Estas cubiertas circum-estelares son realmente las progenitoras de las nebulosas planetarias. Sin embargo, nunca se ha observado ningún campo magnético en las propias nebulosas. Para obtener una pista directa de la presencia de campos magnéticos en las nebulosas planetarias, los astrónomos decidieron focalizarse en las estrellas centrales, donde los campos magnéticos deberían haber sobrevivido.

La nebulosa planetaria de la Mariposa, NGC 6302. Crédito: ESO

Ahora se ha obtenido la primera evidencia. Por primera vez, Stefan Jordan y su equipo detectaron campos magnéticos en las estrellas centrales de varias nebulosas planetarias. Utilizando el espectrógrafo FORS1 del Telescopio Muy Grande de 8 metros (VLT, Observatorio Europeo Austral, Chile), midieron la polarización de la luz emitida por cuatro de estas estrellas. Las firmas de polarización en las líneas espectrales hicieron posible determinar la intensidad de los campos magnéticos en las estrellas observadas. En la presencia de un campo magnético, los átomos cambian su energía de una forma característica; este efecto es llamado “efecto Zeeman” y fue descubierto en 1896 por Pieter Zeeman en Leiden (Holanda). Si estos átomos absorben o emiten luz, esa luz se polariza. Esto hace posible determinar la intensidad del campo magnético al medir la intensidad de la polarización. Estas firmas de polarización son normalmente muy débiles. Estas mediciones requieren datos de alta calidad que solamente pueden ser obtenidos utilizando telescopios de 8 metros como el VLT.

Cuatro estrellas centrales de nebulosas planetarias fueron observadas por el equipo, y se hallaron campos magnéticos en todas ellas. Estas cuatro estrellas fueron elegidas porque sus nebulosas planetarias (llamadas NGC 1360, HBDS1 EGB 5 y Abell 36) son todas no-esféricas. Por lo tanto, si la hipótesis de campo magnético que explica las formas de las nebulosas planetarias es correcta, estas estrellas deberían poseer fuertes campos magnéticos. Estos nuevos resultados muestran que éste es el caso: las intensidades de los campos magnéticos van de 1.000 a 3.000 Gauss, aproximadamente mil veces la intensidad del campo magnético global del Sol.

Estas nuevas observaciones publicadas por Stefan Jordan y sus colegas apoyan la hipótesis de que los campos magnéticos juegan un papel principal en la conformación de las nebulosas planetarias. Ahora, el equipo planea la búsqueda de campos magnéticos en las estrellas centrales de nebulosas planetarias esféricas. Esas estrellas deberían tener campos magnéticos más débiles que los que se han detectado recientemente. Estas observaciones futuras permitirán a los astrónomos cuantificar mejor la correlación entre los campos magnéticos y las extrañas formas de las nebulosas planetarias.

En los pasados años, las observaciones polarimétricas realizadas con el VLT han llevado al descubrimiento de campos magnéticos en un gran número de objetos estelares que se encuentran en etapas evolutivas tardías. Además de mejorar nuestra comprensión de cómo se forman estas hermosas nebulosas planetarias, la detección de estos campos magnéticos permitirá a los científicos avanzar hacia la clarificación de la relación entre los campos magnéticos y la física estelar.