Nebulosas planetarias y nebulosas simbióticas, guía para perplejos

Miguel Santander García

A veces, cuando alguien me pregunta a qué me dedico y le digo que soy astrofísico y estudio las nebulosas planetarias, replica "Ah, eso es de los planetas…". Niego acaloradamente, diciendo que no tiene nada que ver con los planetas. "¿Entonces?", declara con visible escepticismo.

Su confusión es comprensible: Sir William Herschel, allá por 1790, las denominó así por su apariencia borrosa y redonda, parecida, a través de su telescopio, a la de los planetas… y nosotros hemos sido incapaces de denominarlas de otro modo. Pero no me señalen aún con el dedo: el que no llame indios a los nativos americanos, que tire la primera piedra. (Sí, algunos términos tienen una inercia arrolladora.)

Añado entonces que podría decirse que soy una especie de… astroforense.

En efecto, aclaro luego, ante la expresión de incredulidad y confusión aún mayores: una nebulosa planetaria es lo que queda al morir una estrella de masa baja o intermedia, de hasta ocho veces la masa del Sol.

Una fase, la última de su vida, por la que nuestro Sol pasará dentro de varios miles de millones de años, tras consumir el hidrógeno de su núcleo e hincharse desaforadamente hasta tragarse Mercurio, Venus, la Tierra, y posiblemente Marte, enrojecido como si se avergonzase de tamaña grosería. Sufrirá, como gigante roja, varios cambios en su estructura interna, a medida que sintetiza elementos cada vez más pesados: helio, carbono, nitrógeno, oxígeno, etc. Por fin, llegará un momento en que, por mucho que se comprima, no pueda generar suficiente calor en su interior para producir elementos más pesados, y se volverá inestable.

A lo largo de miles de años, se desprenderá de su corteza expulsándola poco a poco en forma de gas, que irá acumulándose a su alrededor. Y, como si se tratara de una cebolla a la que se le van quitando capas, irá dejando al descubierto estratos cada vez más calientes. Al principio lo hará de manera discreta: a los 3.000 K de las capas más externas, los fotones que emite la estrella no son lo suficientemente energéticos como para alumbrar la envoltura de la que se va deshaciendo, que permanece en total oscuridad. Sin embargo, cuando ya sólo quede en su centro el núcleo inerte, muy denso y abrasador, a 25.000 K o más (una enana blanca), aparecerá ante los ojos de los posibles observadores una magnífica nube de gas ionizado, de bellas formas y colores, de un tamaño tal que la luz puede tardar algunos años en llegar de un extremo al otro, y en lenta expansión (si es que 20 km/s se puede considerar como lento) alrededor del núcleo muerto de la estrella, que se apagará poco a poco, enfriándose, durante decenas de miles de años, hasta desaparecer.

Así, al contrario que sus primas más pesadas y brillantes (que, llegado un punto, no pueden soportar su propio peso, se hunden sobre sí mismas y rebotan, pasando a la historia como supernovas, en una explosión de proporciones épicas), el Sol lo hará con un lento y suave “puffff” -la palabra ventosidad parece poco apropiada para un evento tan solemne- dejando una hermosa mariposa de gas que enriquecerá el medio interestelar con los elementos forjados en su interior, de manera que puedan acumularse en algún sitio y formar nuevas estrellas. Como vemos, las estrellas nacen, crecen, mueren… y se reproducen.

Llegados a este punto, si tengo a mano un ordenador conectado a internet, suelo enseñarle imágenes de dos o tres de ellas, como las que ilustran este artículo, entre las que me parecen más vistosas, como NGC 6537, el Ojo de Gato; M 2-9, la de la Mariposa; Mz 3, la de la Hormiga; o cualquier otra con nombre de animal. Algunas veces, además de maravillarse ante semejante demostración de diseño no inteligente, mi interlocutor frunce el ceño y señala las formas bipolares, es decir, alargadas, dotadas de cinturas estrechas y lóbulos claramente enfrentados, que tienen algunas de ellas. “Una estrella es una esfera de gas. En otras palabras, tiene simetría radial, ¿no?”. Asiento con la cabeza. “Entonces… ¿cómo es posible que su nebulosa no la tenga? ¿Por qué no todas son redondas?”.

Buena pregunta. De hecho, es el quid de la cuestión en el estudio de las planetarias.

La respuesta corta es que no lo sabemos. Pero, evidentemente, no le satisface.

Así que aclaro para empezar que, en realidad, la mayoría son redondas. Las nebulosas bipolares representan aproximadamente el 20% del total. Y parecen provenir, por su distribución en la Galaxia, de estrellas de masas intermedias, es decir, entre cuatro y ocho veces la masa del Sol. Y tampoco nos hemos quedado de brazos cruzados: hay varias teorías que explican ciertos aspectos de su forma o su expansión, aunque ninguna de ellas es plenamente convincente a la luz de las observaciones. Las ideas en juego son varias: desde la presencia de dos tipos de vientos estelares (la envoltura que van perdiendo), uno muy denso y lento al principio; otro, después, tenue y mucho más rápido, que caza al anterior, choca con él y moldea una nebulosa bipolar alrededor de la estrella; hasta la acción de la rotación de la estrella o de un posible campo magnético muy fuerte que dirija las partículas; pasando por la gama de efectos nuevos (fuerzas de marea, discos de acrecimiento, envoltura común…) que obtenemos si añadimos a los modelos anteriores la presencia de una estrella compañera.

Esta última posibilidad es muy interesante. Tanto que, a pesar de que hasta ahora dichas estrellas compañeras se han esforzado por mantenerse muy bien escondidas, la teoría de que todas las nebulosas bipolares proceden de sistemas binarios ha ganado popularidad en los últimos años, y todo el mundo anda como loco buscándolas, con poco o ningún éxito hasta ahora.

Sin embargo, tenemos otra manera de encarar dicho problema, y consiste justamente en estudiar en gran detalle la forma y los patrones de expansión de un puñado de nebulosas similares alrededor de sistemas que sabemos a ciencia cierta que son binarios, a fin de establecer claramente las similitudes y las diferencias, y cómo influye la “binariedad” en la formación de una nebulosa bipolar. Me refiero a las nebulosas alrededor de estrellas simbióticas.

“¿Estrellas simbióticas? ¿Cómo esos animales que…?”, me pregunta. Bueno, matizo, más bien como esos matrimonios que coexisten pacíficamente la mayor parte del tiempo, pero que de vez en cuando tienen una riña espectacular que despierta a todo el vecindario. Las estrellas simbióticas son los sistemas binarios de periodo orbital más largo, pero aún así interaccionan. O, en palabras menos técnicas, son parejas de estrellas que tardan varios siglos en dar una vuelta la una alrededor de la otra: viven a varias decenas de veces la distancia de la Tierra al Sol, mucho más separadas que las supuestas nebulosas planetarias de sistemas binarios. Y en las que una de ellas, una enana blanca, que ya expulsó su propia nebulosa planetaria hace miles de años hasta que se difuminó en el espacio, captura y va quemando una pequeña parte de la materia que pierde su compañera, una gigante roja que se desprende desinhibidamente de su envoltura.

Y, de vez en cuando, unas cada pocos años, otras cada dos o tres siglos, tienen una crisis: la enana blanca no puede “rumiar” el material donado por más tiempo, y sufre una erupción termonuclear parecida a la de las novas. Este terrible suceso levanta en su superficie vientos de gas supersónico, que alcanzan la lenta envoltura de la gigante roja, y en unos pocos casos (tan sólo conocemos una docena en 200 estrellas simbióticas) la moldean hasta formar una nebulosa bipolar alrededor del sistema, que la luz de la enana blanca se encarga de ionizar.

“Casi como si fuera una nebulosa planetaria, entonces”. Sí, casi. Pero hay una diferencia importante. En esencia, en una nebulosa planetaria tenemos una enana blanca iluminando su propia envoltura. Mientras que en una nebulosa simbiótica, una enana blanca ilumina la envoltura de la otra estrella. Y justamente eso, ese foco delator, proporciona una manera inmejorable de estudiar algo muy poco conocido en una gigante roja, que es la manera y cantidad en la que va perdiendo su envoltura a lo largo del tiempo.

Y si puedo, de nuevo, le enseño la imagen de algunas de ellas. Mi interlocutor las compara entonces con las nebulosas planetarias que le mostré antes. “No podría decir cuál es cuál si no me lo hubieras dicho”.

Y no es el único.

Hay nebulosas planetarias.

Hay nebulosas simbióticas.

Y hay nebulosas… ambiguas, indecisas. O, más bien, nebulosas de una clase u otra, y cuya verdadera naturaleza desconocemos, como por ejemplo Mz 3, la de la Hormiga; o M 2-9, la de la Mariposa.

Sin embargo, aprender a diferenciarlas y estudiar sus propiedades por separado es crítico para llegar a conocerlas por el método científico: observando un lobo, uno puede inferir ciertos aspectos del comportamiento de un pastor alemán, pero seguramente le irá mejor si al volver a casa por la noche no se lleva a su habitación el ejemplar equivocado.

“¿Y si son tan similares, cómo clasificar a las indecisas?” “¡Excelente pregunta!” exclamo, “a la que he dedicado parte de mi tesis doctoral, consiguiendo aumentar un poco más, si cabe, nuestra perplejidad”. Ahora en serio: la gigante roja de la mayoría de las nebulosas simbióticas está en una fase conocida como de Mira pulsante, en la que tiembla o vibra una vez cada varios cientos de días. Esto hace que su brillo varíe ligeramente, con una cierta regularidad que puede ser detectada si uno es lo suficientemente paciente, digamos, si se dedica a observarla durante una o dos décadas.

“¡Ha de haber una manera más rápida!” Sí, la hay: la gigante roja debe dejar su firma, en forma de bandas moleculares, en los espectros en el infrarrojo cercano. Distinguirlas entonces sería fácil, pero nos encontramos con que, en algunos casos, la estrella está completamente oculta tras la espesa capa de polvo que rodea a varios de estos sistemas. O sea que, aun cuando no veamos estas bandas, no significa que no existan, por lo que este método tampoco es infalible.

“¿Así que eso es todo?”. Yo me encojo de hombros. Bueno, digo, hasta ahora se pensaba que las nebulosas planetarias, al haber tenido la estrella tiempo para expulsar toda su envoltura antes de iluminarla, serían mucho más masivas que las nebulosas simbióticas, pero hace poco “pesamos” al Cangrejo del Sur, y resultó tener una décima parte de una masa solar, es decir, la masa de una nebulosa planetaria “respetable”. Este método de distinción podría no ser infalible tampoco.

“Pues estamos como al principio”, declara, perplejo. “Ni sabemos cómo se forman las nebulosas planetarias, ni comprendemos cómo se forman las nebulosas simbióticas, ni podemos realmente diferenciarlas”. Bueno, protesto, hemos aprendido bastantes cosas nuevas por el camino.

“¿Siempre tienes una respuesta para todo?” Sonrío. ¡Qué va! Si la tuviera, hace tiempo que me habría quedado sin trabajo.

Fuente | Caos y ciencia