Como motores de fusión nuclear, la mayoría de las estrellas viven plácidamente desde cientos de millones hasta miles de millones de años. Pero cerca del final de sus vidas pueden convertirse en torbellinos locos, enviando lejos sus corazas y chorros de gas caliente. Los astrónomos han empleado la gama completa de capacidades de observación del Hubble para diseccionar esos fuegos artificiales locos que ocurren en dos nebulosas planetarias jóvenes cercanas. Por un lado está NGC 6303, más conocida como la Nebulosa de la Mariposa debido a su apariencia de ala. Por otro lado tenemos a NGC 7027 que se asemeja a un insecto con una concha metálica de colores brillantes.

Los investigadores han encontrado niveles de complejidad sin precedentes y cambios rápidos en los chorros y las burbujas de gas que salen de las estrellas en los centros de ambas nebulosas. El Hubble está permitiendo que los investigadores converjan en una comprensión de los mecanismos subyacentes al caos.

"Cuando miré en el archivo del Hubble y me di cuenta de que nadie había observado estas nebulosas con la Cámara de Campo Amplio 3 del Hubble en todo su rango de longitud de onda, me quedé impresionado", dijo Joel Kastner, del Instituto de Tecnología de Rochester, Rochester, Nueva York, líder del nuevo estudio "Estas nuevas observaciones del Hubble de longitud de onda múltiple proporcionan la vista más completa hasta la fecha de estas dos nebulosas espectaculares. Mientras descargaba las imágenes resultantes, me sentí como un niño en una tienda de golosinas".

Al examinar este par de nebulosas con las capacidades pancromáticas completas del Hubble, haciendo observaciones en luz casi ultravioleta a infrarroja cercana, el equipo ha tenido varios momentos "ajá". En particular, las nuevas imágenes del Hubble revelan con vívido detalle cómo ambas nebulosas se están separando en escalas de tiempo extremadamente cortas, lo que permite a los astrónomos ver los cambios en las últimas dos décadas. Algunos de estos cambios rápidos pueden ser evidencia indirecta de una estrella que se fusiona con su estrella compañera.

"La nebulosa NGC 7027 muestra emisiones a un número increíblemente grande de diferentes longitudes de onda, cada una de las cuales resalta no solo un elemento químico específico en la nebulosa, sino también los cambios significativos y continuos en su estructura", dijo Kastner. El equipo de investigación también observó a la Nebulosa de la Mariposa, que es una contraparte de la nebulosa del "insecto brillante": Ambas se encuentran entre las nebulosas planetarias más polvorientas conocidas y ambas también contienen masas de gas inusualmente grandes porque están recién formadas. Esto las convierte en un par muy interesante para estudiar en paralelo, dicen los investigadores.

Las amplias vistas de longitud de onda múltiple del Hubble de cada nebulosa están ayudando a los investigadores a rastrear las historias de ondas de choque de las nebulosas. Tales choques normalmente se generan cuando los vientos estelares frescos y rápidos chocan y barren más lentamente expandiendo el gas y el polvo expulsado por la estrella en su pasado reciente, generando cavidades en forma de burbujas con paredes bien definidas.

Los investigadores sospechan que en el corazón de ambas nebulosas hay, o había, dos estrellas dando vueltas alrededor, como un par de patinadores artísticos. La evidencia de un "dúo dinámico" tan central proviene de las formas extrañas de estas nebulosas. Cada una tiene una cintura pellizcada y polvorienta y lóbulos polares o salidas, así como otros patrones simétricos más complejos.

Una teoría para la generación de tales estructuras en las nebulosas planetarias es que la estrella que pierde masa es una de las dos estrellas en un sistema binario. Las dos estrellas se orbitan entre sí lo suficientemente cerca como para que eventualmente interactúen, produciendo un disco de gas alrededor de una o ambas estrellas. El disco es la fuente de material de salida dirigido en direcciones opuestas desde la estrella central.

Del mismo modo, la estrella más pequeña de la pareja puede fusionarse con su compañera estelar hinchada y de evolución más rápida. Esto también puede crear chorros de material de salida que pueden tambalearse con el tiempo. Esto crea un patrón simétrico, tal vez como el que le da a NGC 6302 su apodo de "mariposa". Tales salidas se ven comúnmente en las nebulosas planetarias.

"Las presuntas estrellas compañeras en NGC 6302 y NGC 7027 no han sido detectadas directamente porque están al lado de, o quizás ya han sido tragadas por, estrellas gigantes rojas más grandes, un tipo de estrella que es cientos o miles de veces más brillante que el Sol", dijo Bruce Balick, miembro del equipo de la Universidad de Washington en Seattle. "La hipótesis de la fusión de estrellas parece la mejor y más simple explicación de las características observadas en las nebulosas planetarias más activas y simétricas. Es un concepto unificador poderoso, hasta ahora sin rival".

La Nebulosa de la Mariposa

Imagine un aspersor de césped girando salvajemente, arrojando dos corrientes en forma de S. Al principio parece caótico, pero si se observa por un tiempo, se pueden rastrear sus patrones. La misma forma de S está presente en la Nebulosa de la Mariposa, excepto que en este caso no es agua en el aire, sino gas que una estrella expulsa a gran velocidad. Y la "S" solo aparece cuando es capturada por el filtro de la cámara del Hubble que registra la emisión infrarroja cercana de átomos de hierro ionizados individualmente. 
"La forma de S en la emisión de hierro de la Nebulosa de la Mariposa es una verdadera revelación", dijo Kastner. La forma de S rastrea directamente las expulsiones más recientes de la región central, ya que las colisiones dentro de la nebulosa son particularmente violentas en estas regiones específicas de NGC 6302. "Esta emisión de hierro es un marcador sensible de colisiones energéticas entre vientos más lentos y vientos rápidos de las estrellas", explicó Balick. "Se observa comúnmente en restos de supernovas y núcleos galácticos activos, y chorros de salida de estrellas recién nacidas, pero rara vez se ve en las nebulosas planetarias".

"El hecho de que la emisión de hierro solo se muestre a lo largo de estas direcciones opuestas y descentradas implica que la fuente de los flujos rápidos se tambalea con el tiempo, como una peonza que está a punto de caer", agregó Kastner. "Esa es otra señal reveladora de la presencia de un disco, que dirige el flujo, y también un compañero binario".
 

La Nebulosa "Insecto Brillante" 

La nebulosa planetaria NGC 7027 había estado hinchando lentamente su masa en patrones silenciosos, esféricamente simétricos o tal vez espirales durante siglos, hasta hace relativamente poco. "En algunos aspectos, los cambios dentro de esta nebulosa son aún más dramáticos que los de la Mariposa", dijo Kastner. "Recientemente, algo se volvió loco en el centro, produciendo un nuevo patrón de hoja de trébol, con balas de material disparadas en direcciones específicas".

Las nuevas imágenes del equipo de investigación de NGC 7027 muestran emisiones de hierro ionizado que se asemeja mucho a las observaciones realizadas por el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA en 2000 y 2014 como parte de una investigación anterior de Kastner. La emisión de hierro rastrea los flujos orientados de sureste a noroeste que también producen los choques emisores de rayos X fotografiados por el Chandra. "Tenemos la sospecha de que esta nebulosa es un gran ejemplo de lo que sucede cuando una estrella gigante roja se traga abruptamente a un compañero", dijo Rodolfo Montez Jr. miembro del equipo.