Duo estelar forma “impressão digital” no espaço

Uma nova imagem pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA revela uma notável visão cósmica: pelo menos 17 anéis concêntricos de poeira emanando de um par de estrelas. Localizadas a pouco mais de 5000 anos-luz da Terra, as estrelas são coletivamente conhecidas como Wolf-Rayet 140.

Cada anel foi criado quando as duas estrelas se aproximaram e os seus ventos estelares (fluxos de gás que sopram para o espaço) se encontraram, comprimindo o gás e formando poeira. As órbitas das estrelas aproximam-nas cerca de uma vez em cada oito anos; tal como o crescimento dos anéis num tronco de uma árvore, os anéis de poeira assinalam a passagem do tempo.

“Estamos a olhar para mais de um século de produção de poeira neste sistema”, disse Ryan Lau, astrónomo do NOIRLab da NSF (National Science Foundation) e autor principal de um novo estudo sobre o sistema, publicado na revista Nature Astronomy. “A imagem também ilustra o quão sensível é este telescópio. Antes, só podíamos ver dois anéis de poeira, utilizando telescópios terrestres. Agora vemos pelo menos 17”.

Para além da sensibilidade geral do Webb, o seu instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) está unicamente qualificado para estudar os anéis de poeira – ou aquilo a que Lau e os seus colegas chamam conchas, porque são mais espessos e largos do que aparecem na imagem. Os instrumentos científicos do Webb detetam luz infravermelha, uma gama de comprimentos de onda invisíveis ao olho humano. O MIRI deteta os comprimentos de onda infravermelhos mais longos, o que significa que pode frequentemente ver objetos mais frios – incluindo os anéis de poeira – do que os outros instrumentos do Webb. O espectrómetro do MIRI também revelou a composição da poeira, formada principalmente a partir de material ejetado por um tipo de estrela conhecida como estrela Wolf-Rayet.

O MIRI foi desenvolvido através de uma parceria entre a NASA e a ESA. O JPL no sul da Califórnia liderou o esforço para a NASA, e um consórcio multinacional de institutos astronómicos europeus contribuiu para a ESA.

Uma estrela Wolf-Rayet é uma estrela de classe O, nascida com pelo menos 25 vezes mais massa do que o nosso Sol, que está perto do fim da sua vida, quando provavelmente irá colapsar e formar um buraco negro. Mais quente agora que durante a sua juventude, uma estrela Wolf-Rayet gera ventos poderosos que empurram enormes quantidades de gás para o espaço. A estrela Wolf-Rayet neste par particular pode ter vertido mais de metade da sua massa original através deste processo.

Formando poeira ao vento

A transformação de gás em poeira é um pouco como transformar farinha em pão: requer condições e ingredientes específicos. O elemento mais comum encontrado nas estrelas, o hidrogénio, não pode formar poeira por si só. Mas dado que as estrelas Wolf-Rayet libertam tanta massa, também ejetam elementos mais complexos tipicamente encontrados no interior de uma estrela, incluindo carbono. Os elementos pesados, no vento, arrefecem enquanto viajam pelo espaço e são depois comprimidos onde os ventos de ambas as estrelas se encontram, como quando duas mãos amassam a massa.

Alguns outros sistemas Wolf-Rayet formam poeira, mas nenhum é conhecido por fazer anéis como Wolf-Rayet 140. O padrão único dos anéis forma-se porque a órbita da estrela Wolf-Rayet em WR 140 é alongada, não circular. Só quando as estrelas se aproximam – mais ou menos à mesma distância entre a Terra e o Sol – e os seus ventos colidem está o gás sob pressão suficiente para formar poeira. Com órbitas circulares, os binários Wolf-Rayet podem produzir poeira continuamente.

Lau e coautores pensam que os ventos de WR 140 também varreram para longe a área circundante de material residual com o qual podiam colidir, o que pode ser a razão pela qual os anéis permanecem tão imaculados em vez de estarem manchados ou de se dispersarem. É provável que existam ainda mais anéis que se tenham tornado demasiado fracos e dispersos, que nem mesmo o Webb os consegue ver nos dados.

As estrelas Wolf-Rayet podem parecer exóticas em comparação com o nosso Sol, mas podem ter desempenhado um papel na formação estelar e planetária. Quando uma estrela Wolf-Rayet “limpa” uma área, o material varrido pode acumular-se na periferia e tornar-se denso o suficiente para a formação de novas estrelas. Há algumas evidências de que o Sol se formou num tal cenário.

Utilizando dados do modo de Espectroscopia de Resolução Média do MIRI, o novo estudo fornece as melhores evidências, até agora, de que as estrelas Wolf-Rayet produzem moléculas de poeira ricas em carbono. Além disso, a preservação das conchas de poeira indica que esta poeira pode sobreviver no ambiente hostil entre estrelas, passando a fornecer material para futuras estrelas e planetas.

O senão é que, embora os astrónomos estimem que deveriam haver pelo menos alguns milhares de estrelas Wolf-Rayet na nossa Galáxia, apenas cerca de 600 foram encontradas até à data.

“Embora as estrelas Wolf-Rayet sejam raras na nossa Galáxia porque têm vida curta no que toca às estrelas, é possível que tenham produzido muita poeira ao longo da história da Via Láctea antes de explodirem e/ou formarem buracos negros”, disse Patrick Morris, astrofísico do Caltech em Pasadena, Califórnia, e coautor do novo estudo. “Penso que com o novo telescópio espacial da NASA vamos aprender muito mais sobre como estas estrelas moldam o material entre estrelas e como despoletam a formação de novas estrelas nas galáxias”.

// NASA (comunicado de imprensa)
// ESA (comunicado de imprensa)
// NOIRLab (blog)
// Universidade de Cambridge (comunicado de imprensa)
// JAXA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Sydney (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)
// Artigo científico (arXiv.org)

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Wolf-Rayet 140:
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