O Telescópio Espacial James Webb Observa Estrela Moribunda Cercada Por Misteriosas “Buckyballs”

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No dia de ontem (23/04), o portal Space.com noticiou que o Telescópio Espacial James Webb observou estrela moribunda cercada por misteriosas “buckyballs”. Décadas após sua descoberta, a história da origem dessas esferas de carbono permanece enigmática.

 

Crédito da imagem: NASA / ESA / CSA / Western University, J. Cami

Uma imagem mostra a nebulosa planetária Tc 1 conforme observada pelo instrumento de infravermelho médio (MIRI) do Telescópio Espacial James Webb, combinando nove filtros que abrangem comprimentos de onda de 5,6 a 25,5 micrômetros, muito além do que o olho humano pode detectar. Tons azuis representam gás mais quente em comprimentos de onda mais curtos do infravermelho médio; tons vermelhos indicam material mais frio em comprimentos de onda mais longos. A imagem foi processada por Katelyn Beecroft usando o PixInsight.

De acordo com a notícia do portal, o espetacular local de origem de moléculas de carbono incomuns conhecidas como “buckyballs” veio à tona em novas imagens de uma nebulosa obtidas pelo Telescópio Espacial James Webb. A nuvem de gás inclui uma forma semelhante a um ponto de interrogação invertido, que marca uma estrutura que os cientistas ainda não compreendem.

 

O Telescópio Espacial James Webb (JWST) observou a 10.000 anos-luz de distância para rastrear a origem das buckyballs, que são moléculas grandes e ocas semelhantes a uma bola de futebol. A nuvem de gás registrada pelo observatório, conhecida como Tc1, veio de uma estrela moribunda na constelação de Ara (latim para “altar”), no hemisfério sul.

 

“Tc 1 já era extraordinária, pois foi o objeto que nos mostrou que as buckyballs existem no espaço, mas esta nova imagem revela que havíamos apenas arranhado a superfície”, disse Jan Cami, professor de física e astronomia da Western University, no Canadá, em comunicado. “As estruturas que estamos vendo agora são de tirar o fôlego e levantam tantas perguntas quanto respostas.”

 

Assista o vídeo:  https://cdn.jwplayer.com/previews/6CIkvr7B

 

Cami também liderou a equipe que descobriu pela primeira vez as buckyballs cósmicas em 2010, uma descoberta importante o suficiente para ser publicada na Revista Science. Esse estudo foi realizado usando o Telescópio Espacial Spitzer da NASA, que, assim como o JWST, observava em comprimentos de onda infravermelhos.

 

Mas a missão do Spitzer terminou em 2020. O JWST, que possui um espelho maior e está mais distante da Terra, agora pode dar continuidade ao trabalho do Spitzer e ampliar os detalhes das observações.

 

Ingredientes da Vida

 

As buckyballs são mais corretamente conhecidas pelo nome químico buckminsterfulereno. Essa forma de carbono recebeu o nome de Buckminster Fuller, um futurista espacial e arquiteto conhecido por seu trabalho com estruturas hemisféricas chamadas domos geodésicos. As buckyballs se assemelham a esses domos, o que originou seu nome em um artigo de 1985 liderado por Harry Kroto, da Universidade de Sussex. Alguns membros da equipe, incluindo Kroto, posteriormente ganharam o Prêmio Nobel de Química de 1996 com base nesse trabalho. Décadas depois, no entanto, a origem dessas esferas de carbono ainda permanece um mistério.

 

As buckyballs são importantes como um tipo de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), uma classe de compostos orgânicos — essencialmente, ingredientes da vida. Cada um desses PAHs possui “assinaturas” ou espectros de luz únicos, embora compartilhem propriedades por pertencerem à mesma família, afirmou Cami.

 

“Estamos agora em uma situação em que podemos realmente ver, especialmente dentro desse objeto, como essas buckyballs mudam em função de variações de temperatura, densidade e campo de radiação”, disse Cami ao Space.com. Os dados dessa descoberta podem fornecer insights sobre como moléculas orgânicas se formam e evoluem.

 

“Nós as encontramos [buckyballs] em muitos outros objetos, de tipos muito diferentes”, disse Cami. “Não são apenas estrelas moribundas. Também as encontramos em estrelas jovens. Nós as vemos em nuvens interestelares. Em regiões de formação estelar. Também as encontramos em meteoritos. Ou seja, elas estão basicamente em todos os lugares… mas não as vemos com muita frequência. E esse é um pouco do mistério.”

 

Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Conceito artístico de moléculas de buckyball tendo como pano de fundo a Pequena Nuvem de Magalhães, que foi registrada pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA. O Spitzer descobriu grandes quantidades de buckyballs no espaço, e um novo estudo sugere ainda que essas moléculas são comuns em todo o universo.

Como o Sol Vai Morrer

 

A nuvem de gás observada pelo JWST, conhecida como Tc 1, inclui uma estrela semelhante em tamanho ao nosso Sol — porém muito mais antiga. A estrela não possui mais combustível para queimar e liberou camadas de gás e poeira em uma série de invólucros, que se expandem pelo espaço. O que resta é um núcleo brilhante, conhecido como anã branca, que emite radiação e faz com que essas camadas de gás brilhem.

 

Foi próximo a essa estrela que a equipe de Cami identificou pela primeira vez as buckyballs em 2010, e havia vários motivos para revisitá-la. O JWST não apenas possui maior resolução, permitindo observar detalhes muito mais finos, como também, ao longo dos anos, poucas outras nebulosas planetárias como Tc 1 (o nome se refere ao formato do gás, e não a planetas) foram encontradas contendo buckyballs.

 

“Entre várias centenas de nebulosas planetárias, encontramos essas moléculas em apenas algumas. Talvez no máximo 10. E por que nesses 10 casos e não nos outros, ainda não sabemos”, disse Cami.

 

Os cientistas planejam um estudo detalhado de Tc 1, já que a análise está apenas começando, para entender se as buckyballs se formaram nessa região de maneira semelhante à Terra. (Segundo Cami, a forma como elas se formam na Terra ainda é um pouco obscura, mas geralmente envolve grandes quantidades de carbono, pouco oxigênio e altas temperaturas.)

 

A equipe também quer entender por que as buckyballs cósmicas estão emitindo radiação infravermelha de uma maneira não prevista pelos modelos de absorção de radiação ultravioleta.

 

“Nenhum dos nossos modelos prevê corretamente qual deveria ser essa emissão, e isso indica que há algo nesses processos que ainda não compreendemos totalmente. Talvez estejamos deixando passar alguns processos. Talvez nossos experimentos de laboratório para certos parâmetros não sejam tão precisos quanto precisamos”, disse Cami.

 

 

Uma Caixa Dentro de Outra

 

Um primeiro passo é mapear onde as buckyballs estão localizadas. Morgan Giese, doutorando em física e astronomia na Western, descobriu que essas moléculas estão principalmente ao redor da anã branca, formando uma espécie de invólucro próprio. Em comunicado, Giese descreveu o formato como “buckyballs organizadas como uma buckyball gigante” e acrescentou que o motivo disso ainda é desconhecido.

 

Outros detalhes devem surgir em breve a partir da imagem do JWST, capturada com o instrumento de infravermelho médio (MIRI). A professora de ciências K. Beecroft, da Saunders Secondary School, processou a imagem, segundo Cami; eles se conheceram por meio de eventos de divulgação científica da universidade e também se conectaram por meio do programa do observatório.

 

“Ela é uma astrônoma amadora… Fiquei muito impressionado com suas imagens e perguntei se ela teria interesse em fazer isso. Em poucas horas, ela me enviou essa imagem. Eu pensei: ‘Uau’.”

 

Além de mapear os filamentos de gás, o telescópio identificou detalhes espectroscópicos que serão divulgados em breve em uma série de artigos científicos. Um desses trabalhos abordará o mistério da emissão infravermelha, segundo Cami, com mais detalhes a serem revelados após o fim do embargo.

 

“Estamos investigando quais processos físicos fazem com que as buckyballs emitam no infravermelho. Descobrimos que há mais processos envolvidos do que pensávamos anteriormente”, afirmou.

 

De forma mais ampla, as observações não apenas revelam o local de formação das buckyballs, mas também o que acontece com o ambiente quando uma estrela moribunda colapsa: temperatura da nebulosa, componentes químicos, densidade e movimentos do gás. Os cientistas consideram esta a primeira visão detalhada de uma nebulosa planetária e esperam aplicar esses conhecimentos a outras nebulosas semelhantes.

 

A equipe de Cami recebeu mais tempo de observação no JWST para estudar outras duas nebulosas planetárias no outono, que também apresentam muitas buckyballs em seus espectros. “O que muda nesses objetos é principalmente o campo de radiação. Escolhemos esses casos para estudar de fato qual é o impacto desse campo”, disse Cami.

 

A equipe sugere que a fotoquímica e a fotofísica — processos químicos e físicos impulsionados pela luz — provavelmente influenciam a formação desses ambientes, mas compreender exatamente como isso ocorre exigirá mais estudos.

 

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