Los misterios del universo siguen cautivando la mente humana, y entre ellos se encuentran las nebulosas planetarias, fascinantes remanentes de estrellas que han alcanzado el final de su ciclo vital. Estas estructuras celestes, conocidas por sus formaciones espectaculares, han sido objeto de estudio durante décadas. Sin embargo, recientes investigaciones han revelado nuevos detalles sobre estos enigmáticos objetos.

Un estudio liderado por la astrónoma y becaria postdoctoral Belén Mari del Observatorio Astronómico Córdoba (OAC), arroja luz sobre las llamadas estructuras de baja ionización (LISs – por sus siglas en inglés; «low-ionization structures») presentes en las nebulosas planetarias.

En las nebulosas planetarias, cuando la estrella principal expulsa sus capas externas dejando su núcleo expuesto, extremadamente caliente, se intensifica lo que se conoce como radiación ultravioleta. Esta radiación interactúa con los átomos de gas que se encuentran en el espacio circundante, provocando la excitación de estos últimos. Esto significa que la radiación es absorbida por los átomos, generando electrones que quedan excitados o, en caso de perder uno o varios electrones, ionizados (es decir, cargados eléctricamente). La materia expulsada, entonces, se convierte en una región altamente ionizada.

Sin embargo, existen regiones de baja ionización, que son áreas donde gran parte de los átomos y moléculas de gas se encuentran en estado neutro y solo existe una pequeña fracción de elementos que han perdido electrones de manera tal que manifiestan carga eléctrica (ionización).
Para los astrónomos estas regiones son importantes porque revelan información sobre las condiciones físicas y químicas de la nebulosa. La presencia de zonas de baja ionización podría indicar que hay menos radiación ultravioleta proveniente de la estrella central de la nebulosa, lo que afecta la forma en que el gas se excita y brilla y permite la formación de ciertas moléculas.

Durante casi 30 años, se ha observado que algunas de estas nebulosas planetarias exhiben estructuras a menor escala con emisiones distintas a las estructuras más grandes. Aunque la formación de los anillos y cascarones, que se atribuyen a la interacción de vientos estelares y pérdidas de masa, son bien comprendidos por la ciencia, el origen (y la supervivencia ante la intensa radiación ultravioleta del núcleo estelar expuesto) de estas estructuras más pequeñas sigue siendo objeto de debate.

El análisis realizado por el equipo de investigación se centró en recopilar datos de las propiedades físicas, químicas y de excitación de la mayor muestra de LISs, bordes y capas de nebulosas planetarias analizadas hasta la fecha. Su objetivo era destacar diferencias significativas entre estas estructuras (LISs) y otras de alta ionización ( bordes o cascarones), en una amplia muestra de nebulosas planetarias.

Después de recopilar estos datos, se realizó un análisis estadístico que llevó a la conclusión de que las abundancias químicas en ambos tipos de estructuras son similares, lo que indica que ambas provienen del mismo objeto, y que las temperaturas también son similares.

Según refiere la investigadora el estudio contradice los modelos predictivos en cuanto a la densidad de las estructuras “Se encontró que las estructuras de baja ionización tienen una densidad menor que su entorno circundante, y debería ser mucho mayor que la de las nebulosas que las hospedan.”

Es importante tener en cuenta que las densidades estimadas a través de observaciones ópticas representan sólo una parte de la densidad total, conocida como densidad electrónica. “Los modelos predicen densidades mucho mayores, pero incluyen toda la materia, incluso la que podría estar en un estado más frío y no ser detectada por telescopios que observan en el mismo rango que nuestros ojos, como las moléculas, alguna de las cuales podrían ser detectadas en el rango del infrarrojo”, agrega Mari. Además, aclara que, si esto se confirma, podría ayudar a explicar cómo estas estructuras sobreviven en entornos hostiles, teniendo altas densidades en su interior.

Desentrañando nebulosas

Para comprender el origen de estas LISs (Estructuras de baja ionización), se utilizan los llamados «diagramas de diagnóstico».
Estos diagramas permiten determinar si estas estructuras emiten radiación debido al bombardeo de fotones desde el núcleo de una estrella o debido a choques, es decir, cuando las estructuras viajan a altas velocidades e impactan con la materia nebular circundante y/o el medio interestelar.

Después de analizar estos diagramas con la información recopilada de diversas fuentes, el equipo de investigación observó que las LISs tienen un estado energético más alto que otros componentes de la nebulosa, como los anillos o las cáscaras. Esto podría interpretarse como un indicio de que estas estructuras más pequeñas se mueven a mayores velocidades en comparación con las más grandes. Sin embargo, investigaciones anteriores que examinaron las velocidades llegaron a la conclusión de que las LISs se desplazan a velocidades muy similares a las de las estructuras más grandes.

Todavía se necesitan más observaciones, en particular en el infrarrojo, para crear nuevos diagramas de diagnóstico y poder entender mejor el origen de estas estructuras en una escala más pequeña.