La nebulosa del Búmeran, que se mantiene a una temperatura gélida de 1 grado Kelvin (-237 grados Celsius), es el objeto más frío que se conoce en el Universo; de hecho, es más frío que la débil luminiscencia residual de la Gran Explosión o Big Bang, que determina la temperatura de fondo del espacio.

Un equipo de astrónomos estudió este intrigante objeto con ALMA, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, para comprender mejor sus heladas propiedades y determinar su verdadera forma, que posee una espeluznante apariencia fantasmal.

En las observaciones hechas anteriormente con telescopios terrestres se había descubierto una forma asimétrica, que explica el nombre que se dio a esta nebulosa. Las observaciones realizadas posteriormente con el telescopio espacial Hubble revelaron una estructura con forma similar a un corbatín. Los nuevos datos recabados con ALMA demostraron que la imagen del Hubble da cuenta de solo una parte del objeto y que los lóbulos dobles vistos en la imagen podrían ser el producto de un efecto óptico sufrido al observarse con longitudes de onda visible.

"Este objeto ultrafrío es muy interesante y con ALMA estamos descubriendo mucho más acerca de su verdadera naturaleza", indicó Raghvendra Sahai, investigador y científico jefe del Jet Propulsion Laboratory de la NASA, en Pasadena, California, y autor principal de un artículo publicado en la revista Astrophysical Journal. "Lo que parecía ser un lóbulo doble o una forma de búmeran, visto con telescopios ópticos desde la Tierra, en realidad es una estructura mucho más ancha y larga que se está expandiendo rápidamente en el espacio.",agregó.

La nebulosa del Búmeran, situada a cerca de 5.000 años-luz de distancia, en la constelación del Centauro, es un ejemplo relativamente joven de un objeto que se conoce como nebulosa planetaria. Las nebulosas planetarias, al contrario de lo que indica su nombre, en realidad son las últimas etapas de estrellas como nuestro Sol que se han desprendido de sus capas exteriores. En el centro queda una estrella enana blanca cuya intensa radiación ultravioleta hace brillar el gas de la nebulosa y emite luz con radiantes colores.

Así, el Búmeran es una nebulosa preplanetaria correspondiente, en la vida de una estrella, a la etapa que precede inmediatamente la etapa de nebulosa planetaria, cuando la estrella central todavía no es lo suficientemente caliente como para emitir tanta radiación ultravioleta y producir su brillo característico. En esta etapa, la nebulosa es detectable gracias a la luz estelar reflejada en sus granos de polvo.

El chorro de gas emanado de esta peculiar estrella se expande rápidamente y, a medida que lo hace, se enfría. Es un principio similar al de los refrigeradores que expanden gas para generar bajas temperaturas. Los investigadores pudieron medir la temperatura del gas presente en la nebulosa observando cómo absorbía la radiación de microondas del fondo cósmico, que presenta una temperatura muy uniforme de 2,8 grados Kelvin (-235 grados Celsius).

"Cuando los astrónomos observaron este objeto en 2003 con el telescopio Hubble, vieron una forma muy característica de reloj de arena —comentó Sahai—. Muchas nebulosas planetarias tienen este aspecto de lóbulo doble, que es el efecto producido por chorros de gas expulsados de la estrella a alta velocidad. Los chorros provocan agujeros en una nube de gas circundante que fue eyectada por la estrella en una etapa posterior de su vida, cuando era una gigante roja".

Sin embargo, las observaciones hechas con telescopios de longitud de onda milimétrica de una sola antena no permitieron detectar la angosta cintura observada con el Hubble. En cambio, observaron un chorro de material más uniforme y casi esférico.

La capacidad de resolución sin precedentes de ALMA, en tanto, permitió a los investigadores aclarar las discrepancias. Al observar la estructura de las moléculas de monóxido de carbono, que emiten un fuerte brillo en longitudes de onda milimétricas, los astrónomos pudieron identificar la estructura de lóbulo doble que se veía en las imágenes del Hubble, pero únicamente en las regiones interiores de la nebulosa. Y hacia fuera, observaron una nube de gas frío más alargada y prácticamente redonda.

Los investigadores también descubrieron una densa capa de granos de polvo milimétricos alrededor de la estrella que explica por qué esta nube exterior tiene una forma de reloj de arena a la luz visible. Estos granos de polvo crearon una máscara que opaca una parte de la estrella central y permite que la luz salga por una brecha muy fina en direcciones opuestas hacia la nube, lo que le da una apariencia de reloj de arena.

"Esto es importante para comprender cómo las estrellas mueren y se convierten en nebulosas planetarias” indicó Sahai. “Con ALMA, pudimos arrojar luz, en sentido figurado y también literal, sobre los últimos estertores de una estrella similar al Sol", explicó.

La nueva investigación también mostró que las capas exteriores de la nebulosa están empezando a calentarse, aunque siguen siendo levemente más frías que la radiación de microondas del fondo cósmico. Este calentamiento podría deberse a un efecto fotoeléctrico, como el que planteara por primera vez Einstein, donde la luz es absorbida por material sólido, que luego reemite electrones.

Información adicional
En este artículo también colaboraron Wouter Vlemmings, de Universidad de Tecnología Chalmers en Onsala (Suecia); Patrick Huggins, de la Universidad de Nueva York (EE.UU.); Lars-Ake Nyman, del Observatorio ALMA (Chile), y Yiannis Gonidakis, del Telescopio Nacional de Australia, de CSIRO.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) una instalación astronómica internacional es una asociación entre Europa, Norteamérica y Asia del Este en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado en Europa por el Observatorio Europeo Austral (ESO, en su sigla en inglés), en Norteamérica por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF) en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC) y en Asia del Este por los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán.

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas en nombre de Europa por ESO, en nombre de Norteamérica por el Observatorio Radio Astronómico Nacional (NRAO), operado por Associated Universities, Inc. (AUI) y en nombre de Asia del Este por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, como también la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

FOTO: La nebulosa del Búmeran, llamada “el lugar más frío del Universo”, revela su verdadera forma gracias a ALMA. La estructura azul en el fondo, observada en luz visible con el telescopio espacial Hubble, muestra una clásica forma de doble lóbulo con una zona muy angosta en el centro. La resolución y habilidad de ALMA para observar el gas molecular frío revela que la forma más elongada de la nébula, tal como se observa en rojo.

Crédito: Bill Saxton; NRAO/AUI/NSF; NASA/Hubble; Raghvendra Sahai.