4693: Resolvido mistério cósmico com 16 anos, revelando elo perdido estelar

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

A Nebulosa do Anel Azul consiste de dois cones gasosos em expansão, expelidos para o espaço por uma fusão estelar. À medida que o gás arrefece, forma moléculas de hidrogénio que colidem com partículas no espaço interestelar, fazendo com que irradiam luz ultravioleta distante. Invisível ao olho humano, é aqui mostrada a azul.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/M. Seibert (Instituto Carnegie para Ciência)/K. Hoadley (Caltech)/Equipa GALEX

A Nebulosa do Anel Azul, que deixou os cientistas perplexos durante mais de uma década, parece ser o exemplo mais jovem conhecido de duas estrelas que se fundiram numa.

Em 2004, os cientistas do GALEX (Galaxy Evolution Explorer) da NASA avistaram um objecto diferente de qualquer outro que já haviam visto na nossa Galáxia, a Via Láctea: uma grande e ténue bolha de gás com uma estrela no centro (estrela esta que tem o nome TYC 2597-735-1). Nas imagens do GALEX, a bolha parecia azul – embora na verdade não emita luz visível ao olho humano – e observações subsequentes revelaram uma estrutura anular espessa no seu interior. Portanto, a equipa apelidou-o de Nebulosa do Anel Azul. Nos 16 anos seguintes, estudaram o objecto com vários telescópios terrestres e espaciais, mas quanto mais aprendiam, mais misterioso parecia.

Um novo estudo publicado online no dia 18 de Novembro na revista Nature pode ter desvendado o caso. Aplicando modelos teóricos de ponta à grande quantidade de dados recolhidos deste objecto, os autores postulam que a nebulosa – uma nuvem de gás no espaço – é provavelmente composta por fragmentos de duas estrelas que colidiram e se fundiram numa única estrela.

Embora se pense que a fusão de sistemas estelares seja bastante comum, são quase impossíveis de estudar imediatamente depois da formação, porque estão obscurecidos pelos detritos que a colisão produz. Assim que estes detritos desaparecem – pelo menos centenas de milhares de anos mais tarde – são difíceis de identificar porque se assemelham a estrelas não fundidas. A Nebulosa do Anel Azul parece ser o elo perdido: os astrónomos estão a ver o sistema estelar apenas alguns milhares de anos após a fusão, quando as evidências da união ainda são abundantes. Parece ser o primeiro exemplo conhecido de um sistema estelar fundido neste estágio.

Operado entre 2003 e 2013 e gerido pelo JPL da NASA em Pasadena, no sul da Califórnia, o GALEX foi projectado para ajudar a estudar a história da formação estelar na maior parte do Universo, fazendo um censo das populações de estrelas jovens noutras galáxias. Para tal, a missão observou a luz ultravioleta próxima (comprimentos de onda ligeiramente mais curtos do que a luz visível) e ultravioleta distante. A maioria dos objectos vistos pelo GALEX irradiava no ultravioleta próximo (representado como amarelo nas imagens do GALEX) e no ultravioleta (representado como azul), mas a Nebulosa do Anel Azul destacou-se porque só emitia radiação UV distante.

O tamanho do objecto era semelhante ao de um remanescente de super-nova, que se forma quando uma estrela massiva fica sem combustível e explode, ou uma nebulosa planetária, os remanescentes inchados de uma estrela do tamanho do nosso Sol. Mas a Nebulosa do Anel Azul tinha uma estrela viva no seu centro. Além do mais, os remanescentes de super-nova e as nebulosas planetárias irradiam em vários comprimentos de onda fora da gama UV, enquanto outras investigações mostraram que a Nebulosa do Anel Azul não o faz.

Planeta fantasma

Em 2006, a equipa do GALEX observou a nebulosa com o telescópio Hale de 200 polegadas (5,1 metros), situado no Observatório Palomar em San Diego, Califórnia, e depois com os telescópios ainda mais poderosos de 10 metros do Observatório W. M. Keck no Hawaii. Descobriram evidências de uma onda de choque na nebulosa, sugerindo que o gás que compõe a Nebulosa do Anel Azul foi de facto expelido por algum tipo de evento violento em torno da estrela central. Os dados do Keck também sugeriram que a estrela estava a puxar uma grande quantidade de material para a sua superfície. Mas de onde vinha este material?

“Durante muito tempo pensámos que talvez existisse um planeta com várias vezes a massa de Júpiter a ser dilacerado pela estrela e que estivesse a libertar todo este gás para fora do sistema,” disse Mark Seibert, astrofísico do Instituto Carnegie para Ciência e membro da equipa do GALEX no Caltech, que gere o JPL.

Mas a equipa queria mais dados. Em 2012, usando o primeiro levantamento de todo o céu do WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA, um telescópio espacial que estudou o céu no infravermelho, a equipa do GALEX identificou um disco de poeira em íntima órbita da estrela (o WISE foi reactivado em 2013 como a missão de caça aos asteróides NEOWISE). Os dados de arquivo de três outros observatórios infravermelhos, incluindo o Telescópio Espacial Spitzer da NASA, também avistaram o disco. A descoberta não descartou a possibilidade de um planeta em órbita da estrela, mas eventualmente a equipa mostrou que o disco e o material expelido para o espaço vinham de algo maior do que até mesmo um planeta gigante. Então, em 2017, o instrumento HPF (Habitable Zone Planet Finder) acoplado ao Telescópio Hobby-Eberley no estado norte-americano do Texas confirmou que não havia nenhum objecto compacto orbitando a estrela.

Mais de uma década depois de descobrir a Nebulosa do Anel Azul, a equipa havia reunido dados do sistema com quatro telescópios espaciais, quatro telescópios terrestres, observações históricas da estrela datando até 1895 (a fim de procurar mudanças no seu brilho ao longo do tempo) e com a ajuda de cientistas cidadãos por meio da AAVSO (American Association of Variable Star Observers). Mas uma explicação para o que havia formado a nebulosa ainda os escapava.

Investigação estelar

Quando Keri Hoadley começou a trabalhar com a equipa científica do GALEX em 2017, “o grupo como que tinha atingido uma barreira” com a Nebulosa do Anel Azul, disse. Mas Hoadley, astrofísica do Caltech, ficou fascinada com o objecto e com as suas características bizarras e aceitou o desafio de tentar resolver o mistério. Parecia provável que a solução não viria de mais observações do sistema, mas de teorias de ponta que poderiam dar sentido aos dados existentes. Assim, Chris Martin, investigador principal do GALEX no Caltech, pediu ajuda a Brian Metzger da Universidade de Columbia.

Como astrofísico teórico, Metzger faz modelos matemáticos e computacionais de fenómenos astrofísicos, que podem ser usados para prever o aspecto e comportamento destes fenómenos. Ele é especialista em fusões cósmicas – colisões entre uma variedade de objectos, sejam eles planetas e estrelas ou dois buracos negros. Com Metzger a bordo e Hoadley conduzindo o trabalho, as coisas progrediram rapidamente.

“Não era só que Brian pudesse explicar os dados que estávamos a ver; ele estava essencialmente a prever o que observámos antes de o observar,” disse Hoadley. “Ele dizia, ‘Se isto é uma fusão estelar, então deveríamos ver X,’ e então ‘Sim! Vemos isso!'”

A equipa concluiu que a nebulosa era o produto de uma fusão estelar relativamente recente que provavelmente ocorreu entre uma estrela semelhante ao nosso Sol e outra estrela com apenas um-décimo desse tamanho (ou cerca de 100 vezes a massa de Júpiter). Perto do fim da sua vida, a estrela parecida com o Sol começou a inchar, “rastejando” para mais perto da sua companheira. Eventualmente, a estrela mais pequena espiralou em direcção à companheira maior. Ao longo do caminho, a estrela maior rasgou a estrela mais pequena, envolvendo-se num anel de detritos antes de a engolir por inteiro.

Este foi o evento violento que levou à formação da Nebulosa do Anel Azul. A fusão lançou uma nuvem de detritos quentes para o espaço que foi dividida em dois pelo disco de gás. Isto criou duas nuvens de detritos em forma de cone, as suas bases afastando-se da estrela em direcções opostas e ficando mais largas à medida que viajam para longe. A base de um cone está vindo quase directamente na direcção da Terra e o outro quase na direcção oposta. São demasiado fracos para serem vistos sozinhos, mas a área onde os cones se sobrepõem (a partir do posto de vista da Terra) forma o anel azul central que o GALEX observou.

Passaram-se milénios. A nuvem de detritos em expansão arrefeceu e formou moléculas e poeira, incluindo moléculas de hidrogénio que colidiram com o meio interestelar, a colecção esparsa de átomos e partículas energéticas que preenchem o espaço entre as estrelas. As colisões excitaram as moléculas de hidrogénio, fazendo-as irradiar num comprimento de onda específico de luz ultravioleta distante. Com o tempo, o brilho tornou-se forte o suficiente para o GALEX o observar.

As fusões estelares podem ocorrer uma vez a cada 10 anos na nossa Via Láctea, o que significa que é possível que uma população considerável de estrelas que vemos no céu já tenham sido, de facto, duas estrelas.

“Vemos muitos sistemas binários que poderão um dia fundir-se, e pensamos que identificámos estrelas que talvez se fundiram há milhões de anos. Mas não temos quase dados nenhuns sobre o que acontece no meio,” disse Metzger. “Achamos que provavelmente existem muitos vestígios jovens de fusões estelares na nossa Galáxia, e a Nebulosa do Anel Azul pode mostrar-nos o seu aspecto para que possamos identificar mais.”

Embora esta seja provavelmente a conclusão de um mistério com 16 anos, também pode ser o início de um novo capítulo no estudo das fusões estelares.

“É incrível que o GALEX tenha conseguido encontrar este objecto realmente ténue que não estávamos à procura, mas que acabou por ser algo realmente interessante para os astrónomos,” disse Seibert. “Isto apenas reitera que quando olhamos para o Universo num novo comprimento de onda ou de uma nova maneira, podemos encontrar coisas que nunca imaginámos encontrar.”

Astronomia On-line
20 de Novembro de 2020