A Nebulosa da Chama, localizada a cerca de 1400 anos-luz da Terra, é um "viveiro" de formação estelar com menos de 1 milhão de anos. No interior da Nebulosa da Chama existem objetos tão pequenos que os seus núcleos nunca serão capazes de fundir hidrogénio como as estrelas de pleno direito - anãs castanhas.

Com o tempo, as anãs castanhas, muitas vezes chamadas "estrelas falhadas", tornam-se muito fracas e muito mais frias do que as estrelas. Estes fatores tornam a observação das anãs castanhas com a maioria dos telescópios difícil, se não impossível, mesmo a distâncias cosmicamente pequenas do Sol. No entanto, quando são muito jovens, são ainda relativamente quentes e brilhantes e, por isso, mais fáceis de observar, apesar da poeira e do gás densos e obscurecedores que, neste caso, constituem a Nebulosa da Chama.

O Telescópio Espacial James Webb da NASA consegue penetrar nesta região densa e poeirenta e ver o ténue brilho infravermelho das jovens anãs castanhas. Uma equipa de astrónomos utilizou esta capacidade para explorar o limite inferior da massa das anãs castanhas na Nebulosa da Chama. O resultado, descobriram, foram objetos flutuantes com cerca de duas a três vezes a massa de Júpiter, embora fossem capazes de detetar objetos com uma massa tão pequena quanto 0,5 vezes a de Júpiter.

"O objetivo deste projeto era explorar o limite inferior de massa do processo de formação de estrelas e anãs castanhas. Com o Webb, conseguimos sondar os objetos mais fracos e de menor massa", disse o autor principal do estudo, Matthew De Furio, da Universidade do Texas em Austin, EUA.

Esta imagem, no infravermelho próximo, de uma secção da Nebulosa da Chama, obtida pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA, destaca três objetos de baixa massa, vistos nas inserções à direita. Estes objetos, que são muito mais frios do que protoestrelas, requerem a sensibilidade dos instrumentos do Webb para serem detetados. Estes objectos foram estudados como parte de um esforço para explorar o limite inferior da massa das anãs castanhas na Nebulosa da Chama. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, M. Meyer (Universidade de Michigan)

Fragmentos mais pequenos

O limite inferior de massa que a equipa procurava é definido por um processo chamado fragmentação. Neste processo, as grandes nuvens moleculares, das quais nascem as estrelas e as anãs castanhas, dividem-se em unidades cada vez mais pequenas, ou fragmentos.

A fragmentação depende muito de vários fatores, sendo o equilíbrio entre a temperatura, a pressão térmica e a gravidade um dos mais importantes. Mais especificamente, à medida que os fragmentos se contraem sob a força da gravidade, os seus núcleos aquecem. Se o núcleo for suficientemente massivo, começará a fundir hidrogénio. A pressão exterior criada por essa fusão contraria a gravidade, parando o colapso e estabilizando o objeto (a partir daí conhecido como estrela). No entanto, os fragmentos cujos núcleos não são suficientemente compactos e quentes para queimar hidrogénio continuam a contrair-se enquanto irradiam o seu calor interno.

"O arrefecimento destas nuvens é importante porque, se houver energia interna suficiente, vai combater esta gravidade", afirma Michael Meyer, da Universidade de Michigan, EUA. "Se as nuvens arrefecerem eficazmente, entram em colapso e fragmentam-se".

A fragmentação pára quando um fragmento se torna suficientemente opaco para reabsorver a sua própria radiação, parando assim o arrefecimento e impedindo novos colapsos. As teorias colocavam o limite inferior destes fragmentos entre uma e dez massas de Júpiter. Este estudo reduz significativamente esse intervalo, uma vez que o censo do Webb contou fragmentos de diferentes massas dentro da nebulosa.

"Como se verificou em muitos estudos anteriores, à medida que se avança para massas mais baixas, obtém-se mais objetos até cerca de dez vezes a massa de Júpiter. No nosso estudo com o Telescópio Espacial James Webb, que é sensível até 0,5 vezes a massa de Júpiter, estamos a encontrar cada vez menos objetos à medida que se desce abaixo de dez vezes a massa de Júpiter", explicou De Furio. "Encontramos menos objetos com a massa de cinco Júpiteres do que com a massa de dez Júpiteres e muito menos objetos com a massa de três Júpiteres do que com a massa de cinco Júpiteres. Não encontramos objetos com menos de duas ou três vezes a massa de Júpiter, e esperamos vê-los se estiverem lá, por isso estamos a colocar a hipótese de que este pode ser o limite".

Meyer acrescentou: "O Webb, pela primeira vez, foi capaz de sondar até e para além desse limite. Se esse limite é real, não deveria haver objetos com a massa de Júpiter a flutuar livremente na nossa Galáxia, a Via Láctea, a não ser que tenham sido formados como planetas e depois ejetados de um sistema planetário".

Esta animação alterna entre uma observação do Telescópio Espacial Hubble e uma observação do Telescópio Espacial James Webb da Nebulosa da Chama, uma nebulosa de formação estelar próxima com menos de 1 milhão de anos. Nesta comparação, são destacados três objetos de baixa massa. Na observação do Hubble, os objetos de baixa massa estão escondidos pela densa poeira e gás da região. No entanto, os objetos destacam-se na observação do Webb devido à sensibilidade do Webb à luz infravermelha fraca. Crédito: NASA, ESA, CSA, Alyssa Pagan (STScI)

Nos "ombros" do legado do Hubble

As anãs castanhas, dada a dificuldade em encontrá-las, têm muita informação para fornecer, particularmente na formação estelar e na investigação planetária, visto que são semelhantes a estrelas e planetas. O Telescópio Espacial Hubble da NASA procura estas anãs castanhas há décadas.

Embora o Hubble não consiga observar as anãs castanhas na Nebulosa da Chama com uma massa tão baixa como o Webb, foi crucial na identificação de candidatos para estudo posterior. Este estudo é um exemplo de como o Webb "sobre aos ombros" do Hubble - décadas de dados sobre o Complexo da Nuvem Molecular de Orionte - e permitiu uma investigação aprofundada.

"É muito difícil fazer este trabalho, olhar para anãs castanhas até dez massas de Júpiter, a partir do solo, especialmente em regiões como esta. E os dados dos últimos 30 anos do Hubble permitiram-nos saber que esta é uma região de formação estelar muito útil. Precisávamos de ter o Webb para podermos estudar este tópico científico em particular", disse De Furio.

"É um salto quântico nas nossas capacidades em relação à compreensão do que se estava a passar com o Hubble. O Webb está realmente a abrir um reino inteiramente novo de possibilidades na compreensão destes objetos", explicou o astrónomo Massimo Robberto do STScI (Space Telescope Science Institute).

Esta equipa continua a estudar a Nebulosa da Chama, usando as ferramentas espetroscópicas do Webb para melhor caracterizar os diferentes objetos dentro do seu casulo poeirento.

"Há uma grande sobreposição entre as coisas que podem ser planetas e as coisas que são anãs castanhas de massa muito, muito baixa", afirmou Meyer. "E é esse o nosso trabalho nos próximos cinco anos: descobrir qual é qual e porquê".

Estes resultados foram aceites para publicação na revista The Astrophysical Journal Letters.

// NASA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Michigan (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

Quer saber mais?

Anãs castanhas:
Wikipedia
Andy Lloyd's Dark Star Theory

Nebulosa da Chama (NGC 2024):
Wikipedia

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