Os pesquisadores reconstruíram a cena, encontrando até três companheiras estelares invisíveis que podem ter moldado as camadas de gás e poeira da nebulosa planetária.
Espere, quantas estrelas estavam nesta festa? É provável que houvesse até cinco – mas apenas dois aparecem agora! Uma equipe de pesquisa recentemente começou a investigar as imagens altamente detalhadas do James Webb da Nebulosa do Anel do Sul para reconstruir a cena. É possível que mais de uma estrela tenha interagido com o dimmer das duas estrelas centrais, que aparecem em vermelho nesta imagem, antes de criar esta nebulosa planetária de cair o queixo. A primeira estrela que “dançou” com o anfitrião da festa criou um show de luzes, lançando jatos de material em direções opostas. Antes de se aposentar, deu à estrela opaca um manto de poeira. Agora muito menor, a mesma dançarina pode ter se fundido com a estrela moribunda – ou agora está escondida em seu brilho.
Um terceiro participante pode ter se aproximado da estrela central várias vezes. Essa estrela agitou os jatos ejetados pela primeira companheira, o que ajudou a criar as formas onduladas que vemos hoje nas bordas do gás e da poeira. Para não ficar de fora, uma quarta estrela com órbita projetada para ser bem mais ampla também contribuiu para a comemoração. Ele circulou a cena, agitando ainda mais o gás e a poeira e gerando o enorme sistema de anéis visto fora da nebulosa. A quinta estrela é a mais conhecida – é a brilhante estrela branco-azulada visível nas imagens que continua a orbitar de forma previsível e calma.
A descoberta final é uma medição precisa da massa que a estrela central tinha antes de ejetar suas camadas de gás e poeira. Os pesquisadores estimam que a estrela tinha cerca de três vezes a massa do Sol antes de criar esta nebulosa planetária – e cerca de 60% da massa do Sol depois. Ainda é cedo – esta é uma das primeiras pesquisas publicadas sobre algumas das primeiras imagens do James Webb a serem lançadas, então muitos mais detalhes certamente virão.
À direita, a imagem do James Webb traça os fluxos dispersos da estrela que chegaram mais longe no cosmos. A maior parte do gás molecular que fica fora da faixa de gás mais frio também é fria. Também é muito mais grumoso, consistindo em nós densos de gás molecular que formam um halo em torno das estrelas centrais. “Uma das coisas que me chamou a atenção foi a grande diferença entre as imagens do gás ionizado quente e do gás molecular frio”, explicou Isabel Aleman, da Universidade Federal de Itajubá (Unifei), Brasil. “O gás quente é muito suave, mas o gás frio mostra esses miniaglomerados, picos e arcos. As imagens do James Webb são muito, muito ricas em detalhes.”
Ao contabilizar as temperaturas e o conteúdo de gás em ambas as áreas, dentro e fora da banda, e combinando os dados do James Webb com medições precisas de outros observatórios, ela e a equipe de pesquisa conseguiram criar modelos muito mais precisos para demonstrar quando o gás foi ejetado por a estrela central (que aparece vermelha na imagem à esquerda).
E a terceira estrela visível na borda inferior direita da banda dentro da nebulosa? Do ponto de vista do James Webb, ela aparece dentro da cena, mas não faz parte da própria nebulosa. É apenas “photobombing” esta festa.
Crédito: Ciência: NASA, ESA, CSA, STScI, Orsola De Marco (Macquarie University), Processamento de imagens: Joseph DePasquale (STScI)
Telescópio Espacial James Webb da NASA indica que várias estrelas ‘agitaram’ a Nebulosa do Anel Sul
Alguns dos primeiros dados do Telescópio Espacial James Webb da NASA mostraram que havia pelo menos duas, e possivelmente três, mais estrelas invisíveis que criaram as formas oblongas e curvas da Nebulosa do Anel do Sul. Além disso, pela primeira vez, ao emparelhar as imagens infravermelhas do James Webb com os dados existentes do observatório Gaia da ESA (Agência Espacial Europeia), os pesquisadores conseguiram identificar com precisão a massa da estrela central antes de criar a nebulosa. Uma equipe de quase 70 pesquisadores liderada por Orsola De Marco, da Macquarie University em Sydney, Austrália, analisou as 10 exposições altamente detalhadas do James Webb dessa estrela moribunda para produzir esses resultados.
Seus cálculos mostram que a estrela central tinha quase três vezes a massa do Sol antes de ejetar suas camadas de gás e poeira. Após essas ejeções, agora mede cerca de 60% da massa do Sol. Conhecer a massa inicial é uma evidência crítica que ajudou a equipe a reconstruir a cena e projetar como as formas dessa nebulosa podem ter sido criadas.
Algumas das ejeções da estrela seguiram linhas finas e retas (segunda caixa) através do gás e da poeira. Outras ejeções (primeira caixa) parecem dobradas, curvas e mais grossas. Porque? Uma equipe de pesquisadores, liderada por Orsola De Marco, da Universidade Macquarie, em Sydney, na Austrália, modelou como essas estruturas complexas podem ter se formado. Estudos de nebulosas planetárias mostraram que mesmo quando estrelas moribundas ejetam seu gás e poeira em todos os ângulos simultaneamente, o fluxo de gás pode não permanecer simétrico por muito tempo. Na Nebulosa do Anel do Sul, a equipe projeta que as linhas retas podem ter sido disparadas centenas de anos antes e em velocidades maiores do que aquelas que parecem mais espessas e curvas. É possível que o segundo conjunto seja uma mistura de material que desacelerou, criando formas menos lineares.
Ao comparar cuidadosamente a aparência e o tempo dessas ejeções nos dados e simulações, De Marco e sua equipe propõem que isso seja mais uma evidência da presença de uma estrela com uma órbita ligeiramente mais ampla que “mexeu o pote” de ejeções.
Esta imagem combina luz infravermelha próxima e média. A estrela mais fraca que criou a nebulosa planetária aparece como uma estrela vermelha fraca ao lado da estrela azul central.
Crédito: Ciência: NASA, ESA, CSA, STScI, Orsola De Marco (Macquarie University), Processamento de imagens: Joseph DePasquale (STScI)
Vamos começar com a celebridade de primeira linha dessa “festa” em particular, a estrela que desprendeu suas camadas de gás e poeira ao longo de milhares de anos. Ele aparece em vermelho na imagem à esquerda porque está rodeado por um disco de poeira em órbita semelhante em tamanho ao Cinturão de Kuiper do nosso sistema solar. Enquanto algumas estrelas expelem suas camadas como atos solo “no palco”, os pesquisadores propõem que havia alguns companheiros com assentos na primeira fila – e pelo menos um que pode ter se juntado à estrela central antes de começar a criar a Nebulosa do Anel Sul. “Com o James Webb, é como se tivéssemos um microscópio para examinar o universo”, disse De Marco. “Há tantos detalhes em suas imagens. Abordamos nossa análise como cientistas forenses para reconstruir a cena”.
É comum que pequenos grupos de estrelas, abrangendo uma variedade de massas, se formem juntos e continuem a orbitar uns aos outros à medida que envelhecem. A equipe usou esse princípio para voltar no tempo, milhares de anos, para determinar o que poderia explicar as formas das nuvens coloridas de gás e poeira.
Primeiro, eles se concentraram na estrela envelhecida que perdeu suas camadas e ainda está cercada por um “manto” vermelho empoeirado de poeira. Pesquisas extensas sobre esses tipos de estrelas envelhecidas mostram que mantos de poeira como esses devem assumir a forma de discos de poeira que orbitam a estrela. Um mergulho rápido nos dados revelou o disco. “Esta estrela agora é menor e mais quente, mas está cercada por poeira fria”, disse Joel Kastner, outro membro da equipe, do Instituto de Tecnologia de Rochester, em Nova York. “Achamos que todo aquele gás e poeira que vemos jogados em todo lugar deve ter vindo daquela estrela, mas foi lançado em direções muito específicas pelas estrelas companheiras.”
Antes que a estrela moribunda perdesse suas camadas, a equipe propõe que ela interagiu com uma ou até duas estrelas companheiras menores. Durante esta “dança” íntima, as estrelas em interação podem ter lançado jatos de dois lados, que apareceram mais tarde como projeções aproximadamente emparelhadas que agora são observadas nas bordas da nebulosa. “Isso é muito mais hipotético, mas se dois companheiros estivessem interagindo com a estrela moribunda, eles lançariam jatos que poderiam explicar esses solavancos opostos”, explicou De Marco. O manto empoeirado ao redor da estrela moribunda aponta para essas interações.
Onde estão esses companheiros agora? Eles são escuros o suficiente para se esconder, camuflados pelas luzes brilhantes das duas estrelas centrais, ou se fundiram com a estrela moribunda.
Primeiro, é importante saber que nenhuma dessas ilustrações está em escala adequada, e três ou até quatro das estrelas seriam muito pequenas e fracas para aparecer na imagem do James Webb. Em segundo lugar, a estrela 1 e a estrela 2 são as únicas estrelas que vemos no sexto e último painel acima. Os “convidados” restantes serão conhecidos como estrelas 3, 4 e 5. Eles são todos muito menos massivos – em outras palavras, muito menores e mais escuros – do que as estrelas 1 e 2.
A primeira ilustração mostra um campo mais amplo. A estrela 1, a mais massiva deste grupo de cinco estrelas, é a que envelhece mais rapidamente e é responsável pela criação da nebulosa planetária. A estrela 2 orbita muito lentamente a estrela 1, que é mais fácil de ver no último painel. Tudo está relativamente quieto neste estágio enquanto eles orbitam um ao outro, embora haja outra estrela em cena, a número 5. Ela orbita a estrela 1 com muito mais força do que a estrela 2.
Cue a ação! O segundo painel amplia a cena – e dois outros companheiros aparecem à vista. A estrela 1 começou a inchar à medida que envelhece rapidamente, engolindo a estrela 3. Através da gravidade, a estrela 3 começa a atrair material da estrela 1 e lança jatos em ambas as direções. A estrela 4 está por perto, mas ainda não está interagindo.
O terceiro painel mostra o quanto a estrela 1 se expandiu com o passar do tempo. Dois companheiros também entram na briga. As estrelas 3 e 4 enviaram uma série de jatos bipolares. À medida que essas duas estrelas interagem, os jatos que elas enviaram são deslocados, o que leva às bordas irregulares e onduladas do gás e poeira ejetadas pela estrela 1 envelhecida. Ambas as companheiras 3 e 4 estão interagindo dentro do gás e poeira que a estrela 1 ejetou.
No painel 4, diminuímos o zoom para ver mais da cena. A luz ultravioleta e um vento rápido e esférico do recém-exposto núcleo ultraquente da estrela 1 estão ajudando a esculpir seu gás e poeira anteriormente ejetados, criando uma cavidade semelhante a uma bolha. Há também um disco restante de material das interações anteriores com a estrela 3. A estrela 3 não está mais visível, mas a estrela 5 agora está à vista. Ele tem uma órbita mais ampla e está desenhando “linhas” através do gás ejetado e da poeira da estrela 1 enquanto orbita, como uma faca através de uma tigela de glacê.
Agora, é hora de diminuir ainda mais o zoom! Nesta fase, estamos nos aproximando de uma visão da nebulosa planetária que vemos hoje. O quinto painel mostra o mesmo trio – estrelas 1 e 2 com a estrela 5. Agora, para misturar tudo novamente: enquanto orbita, a estrela 5 continua a interagir com o gás e a poeira ejetados que lentamente viajam cada vez mais longe da estrela 1 para o espaço circundante, gerando o sistema de grandes anéis vistos na nebulosa externa.
O sexto painel retrata a cena como a observamos hoje – ao ampliar totalmente, vemos apenas as estrelas 1 e 2 na Nebulosa do Anel Sul.
Agora que você está orientado, leia a recapitulação completa dos possíveis eventos.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Elizabeth Wheatley (STScI)
As formas complexas da Nebulosa do Anel do Sul são mais evidências de companheiros invisíveis adicionais – suas ejeções são mais finas em algumas áreas e mais espessas em outras. Uma terceira estrela em estreita interação pode ter agitado os jatos, distorcendo as ejeções uniformemente equilibradas como arte giratória. Além disso, uma quarta estrela com uma órbita um pouco mais ampla também pode ter “mexido o pote” de ejeções, como uma espátula passando pela massa na mesma direção todas as vezes, gerando o enorme conjunto de anéis nos limites externos da nebulosa.
E a estrela branco-azulada muito brilhante nas imagens do James Webb? Pense na quinta estrela como o convidado de festa mais responsável que continua a orbitar a estrela moribunda lenta, previsível e calmamente.
As duas imagens mostradas aqui combinam dados de infravermelho próximo e infravermelho médio para isolar diferentes componentes da nebulosa. A imagem à esquerda destaca o gás muito quente que envolve as estrelas centrais. A imagem à direita traça os fluxos moleculares dispersos da estrela que chegaram mais longe no cosmos.
O artigo da equipe, intitulado “A morte confusa de um sistema estelar múltiplo e a nebulosa planetária resultante observada pelo JWST”, foi publicado na Nature Astronomy em 8 de dezembro.
Publicado em 08/01/2023 21h09
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