Recursos misteriosos ocultos na luz do infravermelho próximo
Objetos no espaço revelam diferentes aspectos de sua composição e comportamento em diferentes comprimentos de onda de luz. O remanescente de supernova Cassiopeia A (Cas A) é um dos objetos mais bem estudados da Via Láctea em todo o espectro de comprimento de onda. No entanto, ainda existem segredos escondidos nos restos esfarrapados da estrela.
As mais recentes estão sendo desbloqueadas por uma das ferramentas mais recentes na caixa de ferramentas dos investigadores, o Telescópio Espacial James Webb da NASA – e a recente observação do James Webb no infravermelho próximo surpreendeu os investigadores.
O James Webb surpreende com nova visão em alta definição da estrela explodida
Como um ornamento redondo e brilhante pronto para ser colocado no local perfeito em uma árvore de Natal, o remanescente de supernova Cassiopeia A (Cas A) brilha em uma nova imagem do Telescópio Espacial James Webb da NASA.
Como parte dos feriados de 2023 na Casa Branca, a primeira-dama dos Estados Unidos, Dra. Jill Biden, estreou o primeiro Calendário do Advento da Casa Branca. Para mostrar a “Magia, Maravilha e Alegria” da temporada de férias, o Dr. Biden e a NASA estão comemorando com esta nova imagem de Webb.
Embora tudo esteja claro, esta cena não é uma proverbial noite silenciosa. A visualização NIRCam (Near-Infrared Camera) de Cas A de Webb exibe esta explosão estelar em uma resolução anteriormente inacessível nesses comprimentos de onda. Esta imagem de alta resolução revela detalhes intrincados da camada de material em expansão que se choca contra o gás libertado pela estrela antes de esta explodir.
Cas A é um dos remanescentes de supernova mais bem estudados em todo o cosmos. Ao longo dos anos, observatórios terrestres e espaciais, incluindo o Observatório de Raios-X Chandra da NASA, o Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Espacial Spitzer aposentado, montaram uma imagem de vários comprimentos de onda do remanescente do objeto.
No entanto, os astrônomos entraram agora numa nova era no estudo de Cas A. Em abril de 2023, o MIRI (Instrumento de Infravermelho Médio) de Webb iniciou este capítulo, revelando características novas e inesperadas dentro da camada interna do remanescente da supernova. Muitas dessas características são invisíveis na nova imagem NIRCam e os astrônomos estão a investigar porquê.
1. A excelente resolução do NIRCam é capaz de detectar pequenos nós de gás, compostos de enxofre, oxigênio, argônio e néon da própria estrela. Alguns filamentos de detritos são demasiado pequenos para serem resolvidos até mesmo pelo James Webb, o que significa que são comparáveis ou inferiores a 16 bilhões de quilômetros de diâmetro (cerca de 100 unidades astronómicas). Os pesquisadores dizem que isso representa como a estrela se estilhaçou como vidro quando explodiu.
2. Buracos circulares visíveis na imagem MIRI dentro do Monstro Verde, um loop de luz verde na cavidade interna da Cas A, estão levemente delineados em emissão branca e roxa na imagem NIRCam – isto representa gás ionizado. Os pesquisadores acreditam que isso se deve aos detritos da supernova que atravessam e moldam o gás deixado pela estrela antes de ela explodir.
3. Este é um dos poucos ecos de luz visíveis na imagem de Cas A obtida pelo NIRCam. Um eco de luz ocorre quando a luz da antiga explosão da estrela atingiu, e está aquecendo, poeira distante, que brilha à medida que esfria.
4. O NIRCam capturou um eco de luz grande e particularmente complexo, apelidado de Baby Cas A pelos pesquisadores. Na verdade, está localizado a cerca de 170 anos-luz atrás do remanescente da supernova.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Danny Milisavljevic (Universidade de Purdue), Ilse De Looze (UGent), Tea Temim (Universidade de Princeton)
‘Como cacos de vidro’
A luz infravermelha é invisível aos nossos olhos, por isso os processadores de imagem e os cientistas traduzem esses comprimentos de onda da luz em cores visíveis. Nesta imagem mais recente do Cas A, as cores foram atribuídas a diferentes filtros do NIRCam, e cada uma dessas cores sugere uma atividade diferente que ocorre dentro do objeto.
À primeira vista, a imagem NIRCam pode parecer menos colorida que a imagem MIRI. No entanto, isso se resume simplesmente aos comprimentos de onda em que o material do objeto emite sua luz.
As cores mais visíveis na imagem mais recente do James Webb são aglomerados representados em laranja brilhante e rosa claro que constituem a camada interna do remanescente da supernova. A visão nítida do James Webb pode detectar os menores nós de gás, compostos de enxofre, oxigênio, argônio e néon, da própria estrela. Embutida neste gás está uma mistura de poeira e moléculas, que eventualmente se tornarão componentes de novas estrelas e sistemas planetários. Alguns filamentos de detritos são demasiado pequenos para serem resolvidos até mesmo pelo Webb, o que significa que são comparáveis ou inferiores a 16 bilhões de quilômetros de diâmetro (cerca de 100 unidades astronómicas). Em comparação, toda a Cas A se estende por 10 anos-luz de diâmetro, ou 60 trilhões de milhas.
“Com a resolução do NIRCam, podemos agora ver como a estrela moribunda estilhaçou-se totalmente quando explodiu, deixando para trás filamentos semelhantes a pequenos fragmentos de vidro,” disse Danny Milisavljevic da Universidade Purdue, que lidera a equipe de investigação. “É realmente inacreditável, depois de todos estes anos estudando Cas A, resolver agora esses detalhes, que nos estão fornecendo uma visão transformacional sobre como esta estrela explodiu.”
À primeira vista, a imagem NIRCam do James Webb parece menos colorida do que a imagem MIRI em geral, no entanto, isto deve-se apenas aos comprimentos de onda em que o material do objeto emite a sua luz. A imagem NIRCam parece um pouco mais nítida do que a imagem MIRI devido à sua resolução aumentada.
A periferia da concha interna principal, que apareceu como um laranja profundo e vermelho na imagem MIRI, parece fumaça de uma fogueira na imagem NIRCam. Isto marca onde a onda de explosão da supernova está atingindo o material circunstelar circundante. A poeira no material circunstelar é muito fria para ser detectada diretamente nos comprimentos de onda do infravermelho próximo, mas acende no infravermelho médio.
Também não é visto na visão do infravermelho próximo o loop de luz verde na cavidade central de Cas A que brilhava no infravermelho médio, apelidado de Monstro Verde pela equipe de pesquisa. Os buracos circulares visíveis na imagem MIRI dentro do Monstro Verde, no entanto, são levemente delineados em emissão branca e roxa na imagem NIRCam.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Danny Milisavljevic (Universidade de Purdue), Ilse De Looze (UGent), Tea Temim (Universidade de Princeton)
Monstro Verde Escondido
Ao comparar a nova visão do Cas A no infravermelho próximo do James Webb com a visão no infravermelho médio, sua cavidade interna e a camada mais externa são curiosamente desprovidas de cor.
Os arredores da concha interna principal, que apareceu como um laranja profundo e vermelho na imagem do MIRI, agora parecem fumaça de uma fogueira. Isto marca onde a onda de explosão da supernova está atingindo o material circunstelar circundante. A poeira no material circunstelar é muito fria para ser detectada diretamente nos comprimentos de onda do infravermelho próximo, mas acende no infravermelho médio.
Os pesquisadores dizem que a cor branca é a luz da radiação síncrotron, que é emitida em todo o espectro eletromagnético, incluindo o infravermelho próximo. É gerado por partículas carregadas que viajam a velocidades extremamente altas, espiralando em torno das linhas do campo magnético. A radiação síncrotron também é visível nas conchas semelhantes a bolhas na metade inferior da cavidade interna.
Também não é visto na visão do infravermelho próximo o loop de luz verde na cavidade central de Cas A que brilhava no infravermelho médio, apelidado de Monstro Verde pela equipe de pesquisa. Esse recurso foi descrito como “desafiador de entender” pelos pesquisadores no momento de sua primeira análise.
Embora o “verde” do Monstro Verde não seja visível no NIRCam, o que resta no infravermelho próximo naquela região pode fornecer informações sobre a característica misteriosa. Os buracos circulares visíveis na imagem MIRI são levemente delineados em emissão branca e roxa na imagem NIRCam – isto representa gás ionizado. Os pesquisadores acreditam que isso se deve aos detritos da supernova que atravessam e moldam o gás deixado pela estrela antes de ela explodir.
As setas norte e leste da bússola mostram a orientação da imagem no céu.
A barra de escala é rotulada em anos-luz, que é a distância que a luz percorre em um ano terrestre. (A luz leva 3 anos para percorrer uma distância igual ao comprimento da barra de escala). Um ano-luz equivale a cerca de 5,88 trilhões de milhas ou 9,46 trilhões de quilômetros.
Esta imagem mostra comprimentos de onda de luz invisíveis no infravermelho próximo que foram traduzidos em cores de luz visível. A legenda colorida mostra quais filtros NIRCam foram usados na coleta da luz. A cor do nome de cada filtro é a cor da luz visível usada para representar a luz infravermelha que passa por esse filtro.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Danny Milisavljevic (Universidade de Purdue), Ilse De Looze (UGent), Tea Temim (Universidade de Princeton)
Bebê Cas A
Os pesquisadores também ficaram absolutamente surpresos com uma característica fascinante no canto inferior direito do campo de visão do NIRCam. Eles estão chamando aquela bolha grande e estriada de Baby Cas A – porque ela parece ser uma descendência da supernova principal.
Este é um eco de luz, onde a luz da antiga explosão da estrela atingiu e está aquecendo a poeira distante, que brilha à medida que esfria. A complexidade do padrão de poeira e a aparente proximidade do Baby Cas A com o próprio Cas A são particularmente intrigantes para os investigadores. Na verdade, Baby Cas A está localizada a cerca de 170 anos-luz atrás do remanescente da supernova.
Existem também vários outros ecos de luz menores espalhados pelo novo retrato do James Webb.
O remanescente da supernova Cas A está localizado a 11.000 anos-luz de distância, na constelação de Cassiopeia. Estima-se que tenha explodido há cerca de 340 anos, do nosso ponto de vista.
Publicado em 07/01/2024 12h59
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