236: O Telescópio Webb captura uma tarântula cósmica

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Neste mosaico que se estende por 340 anos-luz, o NIRCam exibe a região da Nebulosa da Tarântula numa nova luz, incluindo dezenas de milhares de jovens estrelas nunca antes vistas que anteriormente estavam envoltas em poeira cósmica. A região mais activa parece brilhar com estrelas jovens massivas, em tons de azul pálido. Espalhadas entre elas estão ainda estrelas embebidas, aparecendo vermelhas, ainda por emergir do casulo poeirento da nebulosa. O NIRCam é capaz de detectar estas estrelas empoeiradas graças à sua resolução sem precedentes em comprimentos de onda no infravermelho próximo.
Na parte superior esquerda do enxame de estrelas jovens, e no topo da cavidade da nebulosa, uma estrela mais velha exibe de forma proeminente os oito picos de difracção distintos do NIRCam, um artefacto da estrutura do telescópio. Seguindo o pico central superior desta estrela para cima, quase aponta para uma bolha distinta na nuvem. As jovens estrelas ainda rodeadas de material poeirento estão a soprar esta bolha, começando a esculpir a sua própria cavidade. Os astrónomos utilizaram dois espectrógrafos do Webb para observar mais de perto esta região e determinar a composição química da estrela e do gás que a rodeia. Esta informação espectral dirá aos astrónomos mais sobre a idade da nebulosa e quantas gerações de nascimento estelar já viu.
Mais longe da região central de estrelas jovens e quentes, o gás mais frio ganha a cor da ferrugem, dizendo aos astrónomos que a nebulosa é rica em hidrocarbonetos complexos. Este gás denso é o material que irá formar as futuras estrelas. À medida que os ventos das estrelas massivas varrem o gás e a poeira, parte vai acumular-se e, com a ajuda da gravidade, formarão novas estrelas.
Crédito: NASA, ESA, CSA e STScI

Milhares de jovens estrelas nunca antes vistas foram avistadas num berçário estelar chamado 30 Doradus, capturado pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA. Apelidada de Nebulosa da Tarântula devido ao aspecto dos seus filamentos empoeirados em imagens telescópicas anteriores, a nebulosa há muito que é uma das favoritas dos astrónomos que estudam a formação das estrelas.

Além de estrelas jovens, o Webb revela distantes galáxias de fundo, bem como a estrutura detalhada e composição do gás e poeira da nebulosa.

A apenas 161.000 anos-luz de distância na Grande Nuvem de Magalhães, a Nebulosa da Tarântula é a maior e mais brilhante região de formação estelar no Grupo Local, as galáxias mais próximas da nossa Via Láctea. É o lar das estrelas mais quentes e massivas conhecidas. Os astrónomos focaram três dos instrumentos infravermelhos de alta resolução do Webb na Tarântula.

Vista com o NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb, a região assemelha-se ao lar escavado de uma tarântula, forrado com a sua seda. A cavidade da nebulosa centrada na imagem do NIRCam foi esvaziada pela radiação borbulhante de um enxame de estrelas jovens massivas, que cintilam em azul pálido na imagem.

Apenas as áreas circundantes mais densas da nebulosa resistem à erosão pelos poderosos ventos estelares destas estrelas, formando pilares que parecem apontar de volta para o enxame. Estes pilares contêm proto-estrelas em formação, que acabarão por emergir dos seus casulos empoeirados e tomar a sua vez de esculpir a nebulosa.

O NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb apanhou uma estrela muito jovem a fazer exactamente isso. Os astrónomos pensavam anteriormente que esta estrela poderia ser um pouco mais velha e já no processo de limpar uma bolha à sua volta.

Contudo, o NIRSpec mostrou que a estrela estava apenas a começar a emergir do seu pilar e ainda mantinha uma nuvem isolante de poeira em redor. Sem os espectros de alta resolução do Webb em comprimentos de onda infravermelhos, este episódio de formação estelar em acção não poderia ter sido revelado.

A região assume uma aparência diferente quando vista em comprimentos de onda infravermelhos mais longos, detectados pelo MIRI (Mid-infrared Instrument) do Webb. As estrelas quentes desvanecem e o gás e poeira mais frios brilham. Dentro das nuvens dos berçários estelares, pontos de luz indicam proto-estrelas embebidas, ainda ganhando massa.

Enquanto comprimentos de onda mais curtos são absorvidos ou dispersados por grãos de poeira na nebulosa e, portanto, nunca chegam ao Webb para serem detectados, os mais longos comprimentos de onda infravermelhos médios penetram essa poeira, em última análise revelando um ambiente cósmico nunca antes visto.

Uma das razões pelas quais a Nebulosa da Tarântula é interessante para os astrónomos é que a nebulosa tem um tipo de composição química semelhante às gigantescas regiões de formação estelar observadas no “meio-dia cósmico” do Universo, quando o cosmos tinha apenas alguns milhares de milhões de anos e a formação de estrelas estava no seu auge.

As regiões de formação estelar na nossa Galáxia, a Via Láctea, não produzem estrelas ao mesmo ritmo furioso que a Nebulosa da Tarântula e têm uma composição química diferente. Isto torna a Tarântula o exemplo mais próximo (ou seja, mais fácil de ver em detalhe) do que estava a acontecer no Universo ao atingir o seu brilhante “meio-dia”.

O Webb vai proporcionar aos astrónomos a oportunidade de comparar e contrastar as observações da formação estelar na Nebulosa da Tarântula com as observações profundas do telescópio de galáxias distantes aquando do verdadeiro meio-dia cósmico.

Apesar dos milhares de anos de observação astronómica da humanidade, o processo de formação estelar ainda guarda muitos mistérios – muitos deles devido à nossa incapacidade anterior de obter imagens nítidas do que estava a acontecer por detrás das espessas nuvens dos berçários estelares. O Webb já começou a revelar um Universo nunca antes visto e está apenas a começar a reescrever a história da formação estelar.

Astronomia On-line
9 de Setembro de 2022



 

113: Imagem mais nítida de sempre da estrela mais massiva conhecida no Universo

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Aninhada no centro da Nebulosa da Tarântula, na Grande Nuvem de Magalhães, está a maior estrela até agora descoberta. Com a ajuda do instrumento Zorro e o poder do telescópio Gemini South de 8,1 metros no Chile, os astrónomos produziram a imagem mais nítida de sempre desta estrela. Esta nova imagem desafia a nossa compreensão das estrelas mais massivas e sugere que elas podem não ser tão massivas como se pensava anteriormente.
Crédito: Observatório Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA;
reconhecimento – processamento de imagem: T.A. Rector (Universidade do Alaska em Anchorage/NOIRLab da NSF), M. Zamani (NOIRLab da NSF) e D. de Martin (NOIRLab da NSF)

Aproveitando as capacidades do telescópio Gemini South de 8,1 metros no Chile, que faz parte do Observatório Internacional Gemini operado pelo NOIRLab da NSF (National Science Foundation), os astrónomos obtiveram a imagem mais nítida de sempre da estrela R136a1, a estrela mais massiva conhecida no Universo.

A sua investigação, liderada pelo astrónomo Venu M. Kalari do NOIRLab, desafia a nossa compreensão das estrelas mais massivas e sugere que elas podem não ser tão massivas como se pensava anteriormente.

Os astrónomos ainda não compreendem totalmente como as estrelas mais massivas são formadas – aquelas com mais de 100 vezes a massa do Sol. Uma peça particularmente desafiante deste puzzle é a obtenção de observações destas gigantes, que tipicamente habitam nos corações densamente povoados de enxames envoltos em poeira. As estrelas gigantes também “vivem e morrem depressa”, queimando as suas reservas de combustível em apenas alguns milhões de anos.

Em comparação, o nosso Sol está quase a meio da sua vida de 10 mil milhões de anos. A combinação de estrelas densamente agrupadas, vidas relativamente curtas e grandes distâncias astronómicas, torna a distinção individual de estrelas gigantes em enxames um desafio técnico assustador.

Ao empurrar as capacidades do instrumento Zorro no telescópio Gemini South, os astrónomos obtiveram a imagem mais nítida de sempre de R136a1 – a estrela mais massiva conhecida.

Esta estrela colossal faz parte do enxame estelar R136, situado a cerca de 160.000 anos-luz da Terra, no centro da Nebulosa da Tarântula, na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia anã companheira da Via Láctea.

Observações anteriores sugeriram que R136a1 tinha uma massa algures entre 250 a 320 vezes a massa do Sol. As novas observações Zorro, contudo, indicam que esta estrela gigante pode ter apenas 170 a 230 vezes a massa do Sol. Mesmo como esta estimativa mais baixa, R136a1 ainda se qualifica como a estrela mais massiva conhecida.

Os astrónomos são capazes de estimar a massa de uma estrela comparando o seu brilho e temperatura observados com as previsões teóricas. A imagem mais nítida do instrumento Zorro permitiu ao astrónomo Venu M. Kalari e colegas separarem mais precisamente o brilho de R136a1 das suas companheiras estelares próximas, o que levou a uma estimativa mais baixa do seu brilho e, portanto, da sua massa.

“Os nossos resultados mostram-nos que a estrela mais massiva que conhecemos actualmente não é tão massiva como tínhamos pensado anteriormente”, explicou Kalari, autor principal do artigo científico que anuncia este resultado. “Isto sugere que o limite superior das massas estelares pode ser menor do que se pensava anteriormente”.

Este resultado também tem implicações para a origem dos elementos mais pesados do que o hélio no Universo. Estes elementos são criados durante a morte cataclísmica e explosiva de estrelas com mais de 150 vezes a massa do Sol, em eventos a que os astrónomos referem como super-novas de instabilidade de par.

Se R136a1 for menos massiva do que se pensava anteriormente, o mesmo pode ser verdade para outras estrelas massivas e, consequentemente, as super-novas de instabilidade de par podem ser mais raras do que se esperava.

O enxame de estrelas que hospeda R136a1 foi anteriormente observado por astrónomos que utilizavam o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e uma variedade de telescópios terrestres, mas nenhum destes telescópios conseguia obter imagens suficientemente detalhadas para discernir todos os membros estelares individuais do enxame próximo.

O instrumento Zorro do Gemini South conseguiu ultrapassar a resolução de observações anteriores utilizando uma técnica conhecida como “speckle imaging”, que permite aos astrónomos ultrapassar grande parte do efeito de desfoque da atmosfera da Terra.

Ao tirar muitas milhares de imagens de curta exposição de um objecto brilhante e ao processar cuidadosamente os dados, é possível cancelar quase toda a desfocagem atmosférica.

Esta abordagem, bem como a utilização de óptica adaptativa, pode aumentar drasticamente a resolução dos telescópios terrestres, tal como demonstrado pelas novas e nítidas observações de R136a1 pela equipa do instrumento Zorro.

“Este resultado mostra que, dadas as condições certas, um telescópio de 8,1 metros empurrado para os seus limites pode rivalizar não só com o Telescópio Espacial Hubble quando se trata de resolução angular, mas também com o Telescópio Espacial James Webb”, comentou Ricardo Salinas, co-autor do artigo científico e cientista do instrumento Zorro. “Esta observação empurra o limite do que é considerado possível utilizando a técnica de ‘imaging speckle'”.

“Começámos este trabalho como uma observação exploratória para ver quão bem o Zorro podia observar este tipo de objectos”, concluiu Kalari. “Embora exijamos cautela na interpretação dos nossos resultados, as nossas observações indicam que as estrelas mais massivas podem não ser tão massivas como outrora se pensava”.

O Zorro e o seu gémeo idêntico ‘Alopeke são instrumentos de imagem montados nos telescópios Gemini South e North, respectivamente. Os seus nomes são as palavras havaianas e espanholas para “raposa” e representam as localizações respectivas dos telescópios em Maunakea, Hawaii, e em Cerro Pachón no Chile.

Estes instrumentos fazem parte do Programa de Instrumentos Visitantes do Observatório Gemini, que permite nova ciência ao acomodar instrumentos inovadores e ao permitir uma investigação excitante.

“O Gemini South continua a melhorar a nossa compreensão do Universo, transformando a astronomia tal como a conhecemos. Esta descoberta é mais um exemplo dos feitos científicos que podemos realizar quando combinamos colaboração internacional, infra-estruturas de classe mundial e uma excelente equipa”, disse Martin Still, oficial do programa Gemini da NSF.

Astronomia On-line
23 de Agosto de 2022