Nebulosa del homúnculo

La Nebulosa del Homúnculo es una nebulosa bipolar de emisión y reflexión que rodea el sistema estelar masivo Eta Carinae , aproximadamente7.500  años luz (A 2300  pársecs de la Tierra, la nebulosa está incrustada dentro de la mucho más grande Nebulosa Carina , una gran región H II de formación estelar . Del latín homunculus , que significa «hombrecito» , la nebulosa consiste en gas que fue expulsado de Eta Carinae durante la Gran Erupción, que ocurrió unos 7500 años antes de que fuera observada en la Tierra, entre 1838 y 1845. ^{[ 3 ]} También contiene polvo que absorbe gran parte de la luz del sistema estelar central extremadamente luminoso y la reemite como infrarrojo (IR). Es el objeto más brillante en el cielo en longitudes de onda del infrarrojo medio. ^{[ 4 ]}

Dentro del Homúnculo hay un Homúnculo más pequeño , y dentro de este una envoltura de material impactado por vientos estelares que ha sido llamada Homúnculo Bebé . ^{[ 2 ]}

En 1914, se informó que Eta Carinae tenía una compañera débil y que también era no estelar. ^{[ 5 ]} Las observaciones de 1944 y 1945 mostraron una nebulosidad algo alargada alrededor de5 pulgadas de ancho y10″ de largo. Se midió que se expandía a una velocidad consistente con un origen en una explosión a mediados del siglo XIX. En ese momento, la forma de la nebulosa mostraba un abultamiento central con un gran bulto al noroeste y dos extensiones más pequeñas al sureste, que se describió como un homúnculo . ^{[ 6 ]} Otras observaciones realizadas aproximadamente al mismo tiempo describieron una región central de color naranja intenso dentro de una nebulosidad verde más grande y tenue. Un artículo la describió como parecida a una "barba de pala roja". ^{[ 7 ]}

El homúnculo consta de dos lóbulos, denominados noroeste (NO) y sureste (SE) según su orientación vista desde la Tierra. Cada uno mide aproximadamente7 pulgadas de ancho por5″ de largo. También hay una franja ecuatorial irregular de material que se puede ver débilmente en imágenes profundas a ciertas longitudes de onda. Los lóbulos son mayormente huecos, con el material fuertemente concentrado hacia los polos. ^{[ 2 ] [ 8 ]}

La franja ecuatorial parece contener material de la misma edad y más joven que los lóbulos. Contiene una masa de material mucho menor que los lóbulos, y brilla principalmente por la luz reflejada, que escapa con mayor facilidad en latitudes ecuatoriales. Hay menos polvo y poco hidrógeno molecular en comparación con los lóbulos. ^{[ 9 ]}

La nebulosa bipolar está angulada de tal manera que el lóbulo noroeste se encuentra más alejado de la Tierra que el lóbulo sureste. Toda la nebulosa se está expandiendo, por lo que el lóbulo sureste presenta un desplazamiento hacia el azul y el lóbulo noroeste un desplazamiento hacia el rojo, en relación con la fuente central. Los lóbulos contienen la mayor parte del material de la Nebulosa del Homúnculo, en capas relativamente delgadas concentradas hacia los polos. Estas capas constan de dos componentes: una región interior cálida y una capa exterior fría más masiva. Las capas son lisas y delgadas, lo que sugiere que fueron expulsadas en tan solo cinco años, pero se pueden detectar vetas de polvo más denso en su interior. ^{[ 9 ]}

Cada lóbulo tiene un "agujero" polar, aunque se desconoce si se trata de una abertura real en la concha del lóbulo o simplemente de una hendidura profunda. Alrededor de cada agujero polar hay una "zanja". Las zanjas son visibles como semicírculos aproximados centrados en el eje de los lóbulos, pero pueden formar círculos completos. Hay otras hendiduras y protuberancias irregulares más pequeñas en los lóbulos, que son simétricas y presentan las mismas características en cada uno. Estas incluyen protuberancias aplanadas a unos 10° de latitud, una en cada lóbulo (etiquetadas como "Protuberancias" en el modelo ilustrado ), con otras protuberancias más pequeñas cerca del borde ecuatorial. ^{[ 8 ]}

La masa de la nebulosa no se puede determinar directamente. Sin embargo, la cantidad de polvo se puede medir con bastante precisión y se utilizan estimaciones de la relación gas-polvo para calcular la masa total. La masa total de polvo se calcula en 0,4  _M☉ , lo que lleva a estimar que el propio Homúnculo contiene hasta 40  M☉ de _gas . Se detecta casi la misma cantidad de material en la eyección exterior, que se formó antes, pero en los últimos mil años. Cálculos anteriores habían producido estimaciones consensuadas de 10-15  M☉ ^{[ 11 ]} _.

La interferometría de moteado temprana mostró que la región central del Homúnculo contiene cuatro fuentes puntuales, originalmente designadas A1, A2, A3 y A4. ^{[ 12 ]} Posteriormente, los cuatro objetos de moteado se denominaron A, B, C y D. Estudios de mayor resolución mostraron que solo la fuente más brillante, A, era verdaderamente estelar, y las otras tres eran pequeñas condensaciones nebulares. Los tres blobs de Weigelt son visibles principalmente en la luz reflejada directamente por las estrellas Eta Carinae. Se cree que los blobs se encuentran cerca del plano ecuatorial del sistema estelar, pero su origen no está claro. Se ha medido su velocidad, pero dentro de los márgenes de error podrían haber sido emitidos en el estallido de 1890 o en un evento de 1941. La situación se complica aún más por la probable aceleración de su lento movimiento debido a los intensos vientos estelares. ^{[ 13 ]}

El espectro del Homúnculo es complejo, compuesto por componentes reflejados, térmicos y de emisión en longitudes de onda que abarcan todo el espectro electromagnético. La característica dominante es la radiación de cuerpo negro proveniente del polvo calentado por las estrellas en su interior. Superpuesta a esta, se observa luz de las propias estrellas, reflejada principalmente por estructuras densas dentro de la nebulosa, que muestra fuertes líneas espectrales visibles y ultravioletas en emisión. También existen líneas de emisión de gas ionizado, donde colisiona con material de movimiento más lento o es excitado por radiación electromagnética de alta energía proveniente de las estrellas. La emisión de ionización es similar a la de una nebulosa planetaria , pero con niveles de ionización más bajos debido a las temperaturas más bajas de las estrellas centrales. Las líneas más intensas son [Fe  ii ] y [N  ii ], similares a las de los vientos estelares de las propias estrellas, pero con perfiles más estrechos. ^{[ 9 ]}

Las ondas de choque en el borde exterior de la materia eyectada se calientan a millones de kelvin y emiten radiación de rayos X. Los lóbulos del Homúnculo emiten abundantes ondas de radio, incluyendo emisión en la línea de 21 cm del hidrógeno.

El espectro reflejado de los lóbulos del Homúnculo varía con la posición, debido a que la estrella central emite radiación diferente en distintas latitudes de su superficie. Esta es la única estrella en la que se puede observar tal efecto. ^{[ 9 ]}

El Homúnculo fue expulsado en una enorme erupción de Eta Carinae. La luz de este evento llegó a la Tierra en 1841, cuando Eta Carinae se convirtió brevemente en la segunda estrella más brillante del cielo, después de Sirio ; desde entonces, el gas y el polvo expulsados ​​han oscurecido gran parte de su luz. La explosión , cercana a una supernova, produjo dos lóbulos polares y un disco ecuatorial grande pero delgado , que se desplazaban hacia afuera a una velocidad de hasta 670 km/s (1.500.000 mph).

La Nebulosa Homúnculo es una estructura prácticamente única, que se cree que resulta de su edad extremadamente joven. Esto significa que su forma y estructura se deben casi por completo a la erupción original, más que a la interacción con el material interestelar circundante. Las sugerencias de que la cintura entre los dos lóbulos se formó por un "aplastamiento" de un material circundante denso han sido refutadas, y ahora se cree que las capas bipolares son causadas por flujos polares concentrados de material, con la falda ecuatorial formada por la salida de material eyectado más rápidamente a través de las partes más delgadas de las capas. ^{[ 8 ]} La eyección de material preferentemente a lo largo del eje de rotación de las estrellas, o de la órbita binaria, puede deberse a la rotación de Eta Carinae A misma, lo que resulta en una mayor pérdida de masa hacia los polos. ^{[ 9 ]}

La delgadez de las capas bipolares sugiere que su eyección ocurrirá en aproximadamente cinco años. ^{[ 9 ]} Se conjetura que las irregularidades en la estructura, por lo demás muy uniforme, de las capas son resultado de las interacciones entre los vientos de las dos estrellas centrales y de su movimiento orbital. ^{[ 8 ]}

El análisis de la expansión de la nebulosa ha dado un tiempo para su formación en1847,1 ± 0,8  años . Esta fecha es inconsistente con los picos de brillo y con las estimaciones del paso por el periastro de la estrella secundaria. ^{[ 14 ]}

Se supone que el Homúnculo y Eta Carinae se encuentran aproximadamente a la misma distancia que Trumpler 16 y la Nebulosa Carina, pero las distancias a estos objetos no se conocen con gran precisión. En cambio, la distancia de la Nebulosa Homúnculo se puede calcular utilizando mediciones de su expansión. La velocidad de ubicaciones específicas dentro de la delgada capa de los lóbulos del Homúnculo se puede medir utilizando el desplazamiento Doppler de las líneas espectrales en ese punto, suponiendo que los lóbulos son simétricos. Hay dos desplazamientos Doppler diferentes visibles en el espectro: uno para las líneas de emisión directa y otro para las líneas reflejadas de Eta Carinae A. El desplazamiento Doppler de la línea directa proporciona la velocidad de expansión de la capa proyectada sobre la línea de visión. Suponiendo un origen en la Gran Erupción de Eta Carinae y una velocidad de expansión constante, esto proporciona la distancia lineal de la capa desde la estrella central proyectada a lo largo de la línea de visión. La diferencia entre la velocidad del desplazamiento Doppler de la línea reflejada y la velocidad de la línea directa proporciona la distancia de la envoltura a la estrella central, suponiendo nuevamente una expansión a velocidad constante desde la Gran Erupción.

Las observaciones del espectro del Homúnculo a una distancia angular particular de la estrella central han mostrado la distancia lineal real de ese punto a la estrella central, que define la distancia. Los valores obtenidos utilizando este método son aproximadamente2,3  kpc con un margen de error de alrededor de100  pc . ^{[ 14 ] [ 9 ] [ 15 ]}

Los mismos cálculos también devuelven la inclinación del eje del Homúnculo con respecto a la línea de visión. Esta resulta ser de 41°, o 49° con respecto al plano del cielo, lo que significa que está ligeramente más "de frente" que "de lado". ^{[ 9 ] [ 15 ]}

• Imagen astronómica del día de la Nebulosa del Homúnculo en 3D, 17 de julio de 2014
• Imagen astronómica del día de la Nebulosa del Homúnculo en expansión (GIF animado)
• Pequeño homúnculo y nebulosa mariposa