Dicas sobre como mundos como a Terra podem ter se formado foram encontradas enterradas no coração de uma espetacular ‘borboleta cósmica’.
Com a ajuda do Telescópio Espacial James Webb, pesquisadores afirmam ter dado um grande salto em nossa compreensão de como o material bruto dos planetas rochosos se reúne.
Essa poeira cósmica – pequenas partículas de minerais e material orgânico que incluem ingredientes relacionados às origens da vida – foi estudada no núcleo da Nebulosa Borboleta, NGC 6302, localizada a cerca de 3.400 anos-luz de distância na constelação de Escorpião.
Desde o denso e empoeirado toró que envolve a estrela oculta no centro da nebulosa até seus jatos em direção oposta, as observações do Webb revelam muitas novas descobertas que desenham um retrato inédito de uma nebulosa planetária dinâmica e estruturada.
Essas descobertas foram publicadas em 27 de agosto na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
A maioria da poeira cósmica tem uma estrutura atômica amorfa, ou aleatória, como a fuligem. No entanto, algumas delas formam formas cristalinas bonitas, mais parecidas com pequenas joias.
“Por anos, os cientistas debateram como a poeira cósmica se forma no espaço. Mas agora, com a ajuda do poderoso Telescópio Espacial James Webb, podemos finalmente ter uma imagem mais clara”, disse a pesquisadora principal, Dra. Mikako Matsuura, da Universidade de Cardiff.
“Fomos capazes de ver tanto gemas frescas formadas em zonas calmas e duradouras quanto sujeira ardente criada em partes violentas e de movimento rápido do espaço, tudo em um único objeto.
“Essa descoberta é um grande passo em frente na compreensão de como os materiais básicos dos planetas se juntam.”
A estrela central da Nebulosa Borboleta é uma das estrelas centrais mais quentes conhecidas em uma nebulosa planetária em nossa galáxia, com uma temperatura de 220.000 Kelvin.
Esse ardente motor estelar é responsável pelo deslumbrante brilho da nebulosa, mas seu pleno poder pode ser canalizado pela densa faixa de gás empoeirado que a envolve: o toró.
Os novos dados do Webb mostram que o toró é composto por silicatos cristalinos como quartzo, assim como grãos de poeira com formas irregulares. Os grãos de poeira têm tamanhos da ordem de um milionésimo de metro – grandes, em termos de poeira cósmica – indicando que têm crescido por um longo tempo.
Do lado de fora do toró, a emissão de diferentes átomos e moléculas assume uma estrutura em várias camadas. Os íons que requerem a maior quantidade de energia para se formar estão concentrados próximos ao centro, enquanto aqueles que requerem menos energia estão mais distantes da estrela central.
O ferro e o níquel são particularmente interessantes, rastreando um par de jatos que explodem para fora da estrela em direções opostas.
Intrigantemente, a equipe também detectou luz emitida por moléculas baseadas em carbono conhecidas como hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, ou PAHs. Elas formam estruturas planas em forma de anéis, semelhantes às formas de colmeias encontradas em favos de mel.
Na Terra, encontramos frequentemente PAHs na fumaça de fogueiras, escapamento de carros ou torradas queimadas.
Dada a localização dos PAHs, a equipe de pesquisa suspeita que essas moléculas se formem quando uma ‘bolha’ de vento da estrela central irrompe no gás que a envolve.
Esta pode ser a primeira evidência de PAHs formando-se em uma nebulosa planetária rica em oxigênio, proporcionando uma importante visão sobre os detalhes de como essas moléculas se formam.
NGC 6302 é uma das nebulosas planetárias mais estudadas em nossa galáxia e já foi previamente imageada pelo Telescópio Espacial Hubble.
A nebulosas planetárias estão entre as mais belas e mais elusivas criaturas do zoológico cósmico. Essas nebulosas se formam quando estrelas com massas entre cerca de 0,8 e 8 vezes a massa do Sol descartam a maior parte de sua massa no final de suas vidas. A fase nebular planetária é passageira, durando apenas cerca de 20.000 anos.
Contrariamente ao nome, as nebulosas planetárias não têm nada a ver com planetas: a confusão no nome começou há vários séculos, quando os astrônomos relataram que essas nebulosas apareciam redondas, como planetas.
O nome permaneceu, mesmo que muitas nebulosas planetárias não sejam redondas – e a Nebulosa Borboleta é um exemplo primário das formas fantásticas que essas nebulosas podem assumir.
A Nebulosa Borboleta é uma nebulosa bipolar, o que significa que possui dois lobos que se espalham em direções opostas, formando as ‘asas’ da borboleta. Uma faixa escura de gás empoeirado atua como o ‘corpo’ da borboleta.
Essa faixa é, na verdade, um toró em forma de doughnut que está sendo visto de lado, escondendo a estrela central da nebulosa – o núcleo antigo de uma estrela semelhante ao Sol que energiza a nebulosa e a faz brilhar. O doughnut empoeirado pode ser responsável pela forma insectóide da nebulosa ao impedir que o gás flua para fora da estrela de maneira uniforme em todas as direções.
A nova imagem do Webb ampliou o centro da Nebulosa Borboleta e seu toró empoeirado, proporcionando uma visão sem precedentes de sua estrutura complexa. A imagem utiliza dados do Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) do Webb funcionando no modo de unidade de campo integral.
Esse modo combina uma câmera e um espectrômetro para capturar imagens em diferentes comprimentos de onda simultaneamente, revelando como a aparência de um objeto muda com o comprimento de onda. A equipe de pesquisa complementou as observações do Webb com dados da Rede Atacama de Antenas Milimétricas/submilimétricas, uma poderosa rede de dish de rádio.
Pesquisadores que analisam esses dados do Webb identificaram quase 200 linhas espectrais, cada uma das quais contém informações sobre os átomos e moléculas na nebulosa. Essas linhas revelam estruturas aninhadas e interconectadas traçadas por diferentes espécies químicas.
A equipe de pesquisa conseguiu determinar a localização da estrela central da Nebulosa Borboleta, que aquece uma nuvem de poeira previamente não detectada ao seu redor, fazendo com que esta brilhe intensamente nas longas ondas de infravermelho que o MIRI é sensível.
A localização da estrela central da nebulosa havia permanecido elusiva até agora, porque essa poeira em torno a torna invisível em comprimentos de onda ópticos. Buscas anteriores pela estrela careciam da combinação de sensibilidade e resolução em infravermelho necessárias para detectar sua nuvem de poeira quente que a obscurece.
O artigo ‘Como a poeira cósmica, o material bruto dos planetas rochosos e um ingrediente chave para a vida, se forma no espaço?’ de Mikako Matsuura et al. foi publicado na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Webb é o maior e mais poderoso telescópio já lançado ao espaço. Sob um acordo de colaboração internacional, a ESA forneceu o serviço de lançamento do telescópio, utilizando o veículo de lançamento Ariane 5. Trabalhando com parceiros, a ESA foi responsável pelo desenvolvimento e qualificação das adaptações do Ariane 5 para a missão Webb e pela aquisição do serviço de lançamento pela Arianespace. A ESA também forneceu o espectrômetro NIRSpec e 50% do instrumento de infravermelho médio MIRI, que foi projetado e construído por um consórcio de Institutos europeus financiados nacionalmente (O Consórcio Europeu MIRI) em parceria com o JPL e a Universidade do Arizona.
Webb é uma parceria internacional entre a NASA, a ESA e a Agência Espacial Canadense (CSA).
