Astrônomos observaram diretamente pela primeira vez como a luz intensa das estrelas pode ‘empurrar’ a matéria. Pesquisadores das universidades de Cambridge e Sydney fizeram a observação ao rastrear uma gigantesca nuvem de poeira gerada pelas violentas interações entre duas estrelas massivas.
Os resultados, feitos usando imagens infravermelhas do sistema estelar binário WR140 tiradas ao longo de 16 anos, são relatados na revista Nature.
Em um estudo complementar do WR140, publicado na Nature Astronomy, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA foi capaz de ver muito mais profundamente para capturar uma imagem não apenas de uma única nuvem de poeira em aceleração, mas de quase 20 delas, aninhadas umas dentro das outras como um conjunto gigante de cascas de cebola.
WR140 é composto por uma enorme estrela Wolf-Rayet e uma estrela supergigante azul ainda maior, gravitacionalmente ligada em uma órbita de oito anos. Esta estrela binária, na constelação de Cygnus, é monitorada há duas décadas com um dos maiores telescópios ópticos do mundo no Observatório Keck, no Havaí.
O WR140 sopra episodicamente nuvens de poeira que se estendem milhares de vezes a distância da Terra ao Sol. Essas plumas de poeira, produzidas a cada oito anos, dão aos astrônomos uma oportunidade única de observar como a luz das estrelas pode afetar a matéria.
Sabe-se que a luz carrega impulso, exercendo um empurrão sobre a matéria conhecido como pressão de radiação. Os astrônomos muitas vezes testemunham o resultado desse fenômeno na forma de matéria deslizando em alta velocidade ao redor do cosmos, mas tem sido um processo difícil de pegar no ato. O registro direto da aceleração devido a outras forças além da gravidade raramente é testemunhado, e nunca em um ambiente estelar como este.
“É difícil ver a luz das estrelas causando aceleração porque a força desaparece com a distância e outras forças rapidamente assumem o controle”, disse Yinuo Han, do Instituto de Astronomia de Cambridge, primeiro autor do artigo da Nature. “Para testemunhar a aceleração no nível em que se torna mensurável, o material precisa estar razoavelmente próximo da estrela ou a fonte da pressão de radiação precisa ser extra forte. WR140 é uma estrela binária cujo campo de radiação feroz sobrecarrega esses efeitos, colocando-os ao alcance de nossos dados de alta precisão.”
Todas as estrelas geram ventos estelares, mas os das estrelas Wolf-Rayet podem ser mais parecidos com um furacão estelar. Elementos como o carbono no vento se condensam como fuligem, que permanece quente o suficiente para brilhar no infravermelho. Como fumaça no vento, isso dá aos telescópios algo que pode ser observado.
A equipe usou uma tecnologia de imagem conhecida como interferometria que foi capaz de agir como uma lente de zoom para o espelho do telescópio Keck de 10 metros, permitindo que os pesquisadores recuperassem imagens suficientemente nítidas do WR140 para o estudo.
Han e sua equipe descobriram que a poeira não sai da estrela com o vento em uma bola nebulosa. Em vez disso, a poeira se forma onde os ventos das duas estrelas colidem, na superfície de uma frente de choque em forma de cone entre elas.
Como a estrela binária em órbita está em constante movimento, a frente de choque também gira. A pluma de fuligem se enrola em uma espiral, da mesma forma que as gotas formam uma espiral em um aspersor de jardim.
Os pesquisadores descobriram que o WR140 tem outros truques na manga. As duas estrelas não estão em órbitas circulares, mas sim elípticas, e a produção de poeira liga e desliga à medida que o binário se aproxima e se afasta do ponto de maior aproximação. Ao modelar esses efeitos na geometria tridimensional da nuvem de poeira, os astrônomos foram capazes de medir a localização das características da poeira no espaço tridimensional.
“Como um relógio, esta estrela sopra anéis de fumaça esculpidos a cada oito anos, com toda essa física maravilhosa escrita e inflada ao vento como um banner para nós lermos”, disse o coautor Professor Peter Tuthill, da Universidade de Sydney. “Oito anos depois, quando o binário retorna à sua órbita, outro aparece igual ao anterior, fluindo para o espaço dentro da bolha do anterior, como um conjunto de bonecas russas gigantes aninhadas.”
Como a poeira produzida por este Wolf-Rayet é tão previsível e se expande para distâncias tão grandes, ofereceu aos astrônomos um laboratório único para examinar a zona de aceleração.
“Na ausência de forças externas, cada espiral de poeira deve se expandir a uma velocidade constante”, disse Han, que também é coautor do artigo do JWST. “Ficamos confusos no início porque não conseguimos que nosso modelo se encaixasse nas observações, até que finalmente percebemos que estávamos vendo algo novo. Os dados não se encaixavam porque a velocidade de expansão não era constante, mas estava acelerando. Nós pegamos isso pela primeira vez na câmera.”
“Em certo sentido, sempre soubemos que esse deveria ser o motivo da saída, mas nunca sonhei que seríamos capazes de ver a física trabalhando assim”, disse Tuthill. “Quando olho para os dados agora, vejo a pluma do WR140 desenrolando uma vela gigante feita de poeira.
Com o JWST agora em operação, os pesquisadores podem aprender muito mais sobre o WR140 e sistemas similares. “O telescópio Webb oferece novos extremos de estabilidade e sensibilidade”, disse Ryan Lau, que liderou o estudo JWST. “Agora seremos capazes de fazer observações como essa com muito mais facilidade do que do solo, abrindo uma nova janela para o mundo da física Wolf-Rayet”.
Publicado em 13/10/2022 14h05
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