Departamento de Radioastronomía y Estructura Galáctica
Grupo de Estudios Multifrecuencia de Nebulosas en torno a Estrellas Evolucionadas
El Grupo de Estudios Multifrecuencia de Nebulosas alrededor de Estrellas Evolucionadas centra su investigación en las nebulosas planetarias, las burbujas de estrellas Wolf-Rayet y las remanentes de novas, así como en la interacción de estos objetos con el medio interestelar. Su trabajo, principalmente observacional, abarca el infrarrojo, el óptico, el ultravioleta y los rayos X, e incorpora diversas técnicas de estudio.
La vida de estrellas similares al Sol. ESO/S. Steinhöfel
Contexto
Las estrellas terminan su vida de formas muy distintas en función de su masa. Por ejemplo, nuestro Sol, como otras estrellas de masa intermedia, evolucionará dentro de 5000 millones de años hasta convertirse en una nebulosa planetaria de gas y polvo, manteniendo tan solo una enana blanca en su centro. En cambio, las estrellas más masivas finalizan su evolución con explosiones violentas de supernova, que pueden alcanzar una luminosidad comparable a la de una galaxia.
Otros sistemas estelares evolucionados generan nebulosas de gas y polvo, como las estrellas masivas evolucionadas, que forman burbujas Wolf-Rayet decenas de años-luz de diámetro, o las novas, explosiones sobre la superficie de una enana blanca en un sistema binario que generan remanentes de novas que se expanden a altísimas velocidades.
Estas nebulosas de estrellas evolucionadas constituyen laboratorios naturales para estudiar procesos astrofísicos fundamentales, pues en ellas los vientos de partículas ionizadas y la radiación que emanan de la estrella interactúan con el gas y polvo circundantes a distintas escalas de energía y producen plasma, así como emisiones en diversas longitudes de onda. Además, contribuyen de forma significativa al enriquecimiento químico del medio interestelar con elementos como carbono, nitrógeno, oxígeno, litio o neón.
El grupo de Estudios Multifrecuencia de Nebulosas alrededor de Estrellas Evolucionadas investiga la formación y evolución de este tipo de nebulosas y su dispersión en el medio interestelar mediante observaciones multifrecuencia, que interpreta con simulaciones hidrodinámicas y modelos de atmósferas estelares y transferencia radiativa desarrollados conjuntamente con colaboradores internacionales.
Líneas de Investigación
La actividad científica del grupo se articula en torno a tres grandes líneas de investigación, cada una centrada en un tipo de estrella evolucionada que genera nebulosas en la Vía Láctea con características y fenómenos propios. Aunque los mecanismos físicos subyacentes son similares y pueden estudiarse aplicando principios comunes a distintas escalas, también existen diferencias significativas entre ellas. Por ello, la comparación entre los resultados obtenidos en las distintas líneas de investigación resulta especialmente valiosa para mejorar su comprensión.
En este contexto, la actividad del grupo se enmarca en las siguientes líneas de investigación:
Nebulosas planetarias
Las nebulosas planetarias son una etapa evolutiva tardía de las estrellas de masa baja e intermedia, esto es, entre 0.8 y 8 veces la masa solar.
Se trata de envolturas de gas y polvo que se forman cuando las estrellas expulsan al espacio sus capas externas tras pasar por la fase de gigante roja asintótica (AGB, del inglés Asymptotic Giant Branch). En su centro, queda una enana blanca, una estrella muy compacta que emite radiación ultravioleta e ioniza el gas y excita el polvo de la nebulosa. El polvo reemite la mayor parte de su energía en forma de radiación infrarroja, mientras que el gas lo hace en la parte óptica del espectro.
Los principales objetivos en esta línea son:
- Estudiar las fases finales de dispersión y mezcla del material de la nebulosa en el medio interestelar, centrándose en objetos muy evolucionados, extensos y difusos
- Comprender con detalle la emisión de rayos X en el interior de las nebulosas planetarias, que se piensa que mayoritariamente se produce debido a la interacción entre los vientos rápidos de la estrella central y el gas circundante
- Estudiar la emisión de radiación ultravioleta y de rayos X en estrellas AGB, gigantes rojas en fase previa a la formación de nebulosas planetarias
La Nebulosa planetaria del Anillo, capturada por la NIRCam del telescopio espacial James Webb. Crédito: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Barlow, N. Cox, R. Wesson
Para ello, el grupo combina trabajos observacionales en diferentes frecuencias y trabajos teóricos. En el estudio de objetos extensos y de bajo brillo superficial lidera el proyecto J-ALFIN en el Observatorio de Javalambre (Teruel), un cartografiado realizado con una cámara de gran campo de visión capaz de abarcar la extensión completa de estos objetos. Esta capacidad resulta especialmente útil para investigar nebulosas planetarias evolucionadas, así como remanentes de novas y burbujas Wolf-Rayet en sus etapas más avanzadas.
Asimismo, el grupo utiliza observaciones obtenidas con el Transient Survey Telescope (TST) de 1 metro del Observatorio del Teide (OT, Tenerife) equipado con filtros específicos para detectar la luz emitida por distintos gases presentes en las nebulosas. Para el estudio de la emisión en rayos X emplea datos de los observatorios espaciales XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea, y Einstein Probe, de la Academia China de Ciencias.
La actividad teórica incluye el desarrollo de modelos, como los que describen las estrellas centrales capaces de generar episodios repetidos de formación de nebulosas planetarias. No obstante, mayoritariamente aplican modelos desarrollados por colaboradores externos para comprender los mecanismos físicos que originan los fenómenos que se muestran en las observaciones.
Burbujas de estrellas Wolf-Rayet
Las estrellas Wolf-Rayet provienen de la evolución tardía de estrellas gigantes azules de más de 45 masas solares o supergigantes rojas de más de 20 masas solares. Se caracterizan por experimentar una intensa pérdida de masa a través de potentes vientos estelares que expulsan material al espacio y modelan su entorno. A medida que el viento se expande, crea una cavidad de gas caliente y poco denso rodeada por una envoltura más densa de material comprimido, una estructura que recuerda a una burbuja.
Al interactuar con el material interestelar que está mucho más frío, estos vientos generan ondas de choque que los comprimen y calientan, resultando plasmas con temperaturas tan elevadas como para emitir rayos X, un tipo de radiación asociada a fenómenos muy energéticos. El mecanismo es similar al que moldea las nebulosas planetarias jóvenes, aunque en escalas espaciales y energéticas mucho mayores.
Por ello, el principal objetivo científico en torno a estos objetos es
- Indagar cómo los vientos estelares generan plasmas emisores en rayos X en regímenes tan diferentes
Burbuja gigante creada por la enorme estrella Wolf-Rayet HD 50896, la estrella rosa que se ve en el centro de la imagen. Crédito: ESA, J. Toala & M. Guerrero (IAA-CSIC), Y.-H. Chu & R. Gruendl (UIUC), S. Arthur (CRyA–UNAM), R. Smith (NOAO/CTIO), S. Snowden (NASA/GSFC) and G. Ramos-Larios (IAM)
El trabajo en esta línea es principalmente observacional. La componente teórica de sus estudios proviene de colaboraciones externas. El grupo emplea espectroscopía óptica para estudiar la estructura tridimensional de las burbujas y utiliza observaciones en rayos X obtenidas por el observatorio espacial XMM-Newton (ESA). Dado que muchas de estas estructuras presentan grandes extensiones angulares, la contribución del proyecto J-ALFIN que desarrolla en el Observatorio de Javalambre (Teruel) es esencial.
Remanentes de nova
Las novas son fenómenos estelares explosivos que, al contrario que las supernovas, no implican la desaparición de la estrella progenitora. Son también fenómenos más frecuentes, que se producen en sistemas binarios estelares en los que una de las componentes es una enana blanca (el denso núcleo de una estrella de tipo solar que ha expulsado su atmósfera).
La enana blanca captura material de su estrella compañera y forma una capa de hidrógeno superficial que, al alcanzar cierta masa crítica, desencadena una explosión termonuclear que hace aumentar en miles de veces su brillo y que expulsa las capas externas a velocidades de hasta varios miles de kilómetros por segundo. El material expulsado puede permanecer durante décadas o siglos como una nebulosa en expansión, denominada remanente de nova.
El principal objetivo científico de esta línea es
- Investigar las posibles correlaciones entre los distintos tipos de novas, cuya gran diversidad está asociada a las diferentes características de sus sistemas progenitores, como la separación orbital, la tasa de acreción de masa o el estado evolutivo de la estrella compañera
El remantente de nova GK Persei. Crédito: X-ray: NASA/CXC/RIKEN/D.Takei et al; Optical: NASA/STScI; Radio: NRAO/VLA
Para ello, el grupo estudia las huellas que la explosión de la nova deja en el remanente de nova, incluyendo la evolución temprana de estos para inferir su evolución morfológica futura.
El trabajo en esta línea es principalmente observacional en diferentes longitudes de onda. La componente teórica de sus estudios para modelizar la explosión y la interacción del material expulsado con el medio circundante proviene de colaboraciones externas. El grupo combina datos de archivo y observaciones recientes. Utiliza datos espectroscópicos en el rango visible adquiridos con MEGARA, instalado en el Gran Telescopio Canarias (GTC), WEAVE en el Telescopio William Herschel (WHT) y ALFOSC en el Telescopio Óptico Nórdico (NOT), todos situados en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma). Asimismo, incorpora imágenes y espectros de remanentes de nova obtenidos por astrónomos aficionados. De cara al futuro, el grupo prevé emplear FRIDA, un espectrógrafo infrarrojo de campo integral con muy alta resolución del GTC.
El grupo
Integrantes
- Martín A Guerrero (Investigador Científico, IP)
- Janis B.Rodriguez González (PostDoc)
- Faezeh Bijarchian (Técnica)
Historia
El investigador Martín A Guerrero comenzó a desarrollar su actividad científica en nebulosas planetarias en el IAA en 2003. Su especialización en la observación de estos objetos en rayos X le llevó, en torno a 2012, a consolidar su propia línea de investigación y formar un grupo independiente. Desde entonces, el grupo ha ampliado progresivamente sus líneas de trabajo, siendo la más reciente el estudio de remanentes de novas. A lo largo de su trayectoria ha acogido a investigadores pre-doctorales y personal investigador post-doctoral procedentes de distintos países, entre ellos México, China y España. En la actualidad, mantiene un marcado carácter internacional, reflejado tanto en la composición de su equipo como en sus estrechas colaboraciones con grupos de investigación de todo el mundo.
Información destacada
En 2025, el grupo organizó el congreso internacional APN9 (Asymmetrical Post-main-sequence Nebulae 9) en el IAA, reuniendo a unos 90 expertos y expertas internacionales en nebulosas de estrellas evolucionadas.
Grandes consorcios internacionales y misiones
J-ALFIN
El grupo lidera el cartografiado J-ALFIN (Javalambre Assessment of the Late Stellar Feedback to the ISM by Evolved Nebulae) del Observatorio de Javalambre (Teruel), que cuenta con la participación de 20 investigadores de otras 6 instituciones científica internacionales.
El proyecto, que fue puesto en marcha en 2023, utiliza una cámara de gran campo de visión de la cámara para obtener imágenes de las estructuras nebulares extensas en torno a diferentes tipos de estrellas evolucionadas. Incluye novas, supernovas, nebulosas planetarias, burbujas Wolf-Rayet y estrellas de tipo [B]e, que son estrellas masivas con líneas de emisión particulares. El propósito es investigar las últimas fases de la deposición de material procesado en el interior estelar al medio interestelar. Se prevé que el proyecto permita acotar la cantidad de material aportado por estas estrellas y la escala temporal para su mezcla con el medio interestelar, con importantes implicaciones para los estudios de evolución química de las galaxias.
Sinergias con otros grupos del IAA
El Grupo de Estudios Multifrecuencia de Nebulosas alrededor de Estrellas Evolucionadas colabora con el grupo ESTALLIDOS en investigaciones sobre galaxias, aportando su experiencia en el análisis de emisiones de rayos X. Asimismo, mantiene sinergias con miembros de los grupos 3D-GAL y AGNs, ya que comparten el uso de técnicas de espectroscopía de campo integral.
Colaboraciones externas
El grupo lidera un equipo internacional denominado GRNES (Group for the Research on Nebulae around Evolved Stars), del que forman parte las siguientes instituciones externas:
- El Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías de la Universidad de Guadalajara, México
- El Instituto de Astronomía y Meteorología de la Universidad de Guadalajara, México
- El Instituto de Radioastronomía y Astrofísica (IRyA), de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)
- El Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)
También colaboran estrechamente con:
- University of Hong Kong, China
- Universidade do São Paulo, Brasil
- Astronomical Institute of Charles University, República Checa
- Universidad y Observatorio de Tartu, Estonia
Trabajos destacados
“Tomography of the Unique Ongoing Jet in the Planetary Nebula NGC 2392”
The Astrophysical Journal, Volume 909, Issue 1 (2021)
“A morphological catalogue of nova remnants”
MNRAS 539, 246 (2025)
