Astrônomos trazem a terceira dimensão para a erupção de uma estrela condenada

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Artigo traduzido de NASA. Autor: Francis Reddy.

Em meados do século 19, o sistema binário massivo Eta Carinae passou por uma erupção que ejetou pelo menos 10 vezes a massa do Sol e fez dela a segunda estrela mais brilhante no céu. Agora, uma equipe de astrônomos usou extensas novas observações para criar o primeiro modelo 3-D de alta resolução da nuvem de expansão produzida por esta erupção.

“Nosso modelo indica que esta vasta concha de gás e poeira tem uma origem mais complexa do que se supõe”, disse Thomas Madura, um companheiro do NASA Postdoctoral Program do NASA’s Goddard Space Flight Center em Greenbelt, Maryland, e um membro da equipe de estudo. “Pela primeira vez, vemos evidência sugerindo que as interações intensas entre as estrelas do binário desempenham um papel significativo na modelagem da nebulosa que vemos hoje”.


(Vídeo: Os astrofísicos da NASA Goddard Ted Gull e Tom Madura debatem sobre Eta Carinae e seu novo modelo da Nebulosa do Homúnculo, uma concha de gás e poeira ejetada durante a erupção da estrela em meados do século 19. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA)

Eta Carinae está situada a 7.500 anos-luz de distância na constelação de Carina e é um dos mais massivos sistemas binários que os astrônomos podem estudar detalhadamente. A estrela menor tem cerca de 30 vezes a massa do Sol podendo ser até um milhão de vezes mais luminosa. A estrela primária contém cerca de 90 massas solares e emite 5 milhões de vezes a energia emitida pelo Sol. Ambas as estrelas estão fadadas a acabarem suas vidas em espetaculares explosões de supernovas.

Entre 1838 e 1845, Eta Carinae passou por um período de variabilidade incomum durante o qual brevemente ofuscou Canopus, normalmente a segunda estrela mais brilhante. Como parte do evento, o que os astrônomos chamam de a Grande Erupção, uma concha gasosa contendo entre 10 e 40 vezes a massa do Sol foi observada no espaço. Este material formou uma nuvem densa de poeira em formato de lóbulos gêmeos conhecida como a Nebulosa do Homúnculo, que agora se estende ao longo de um ano-luz e continua a expandir-se a mais de 1,3 milhões mph (2,1 milhões km/h).

Um novo modelo da forma da Nebulosa do Homúnculo revela saliências, tricheiras, buracos e irregularidades em sua emissão de hidrogênio molecular. As saliências aparecem perto uma saia de poeira vista no centro da nebulosa na luz visível (no detalhe), mas não foi encontrado neste estudo, pois elas constituem diferentes estruturas. Credito: NASA Goddard (inserção: NASA, ESA, Hubble SM4 ERO Team).
Um novo modelo da forma da Nebulosa do Homúnculo revela saliências, tricheiras, buracos e irregularidades em sua emissão de hidrogênio molecular. As saliências aparecem perto uma saia de poeira vista no centro da nebulosa na luz visível (no detalhe), mas não foi encontrado neste estudo, pois elas constituem diferentes estruturas. Credito: NASA Goddard (inserção: NASA, ESA, Hubble SM4 ERO Team).

Usando o Very Large Telescope do ESA e os seu espectrógrafo X-Shooter por duas noites em março de 2012, a equipe fotografou em comprimentos de onda infravermelho, visível e ultravioleta ao longo de 92 faixas separadas em toda a nebulosa, fazendo o mapa espectral mais completo até agora. Os pesquisadores usaram a informação espacial e velocidade fornecida por estes dados para criar o primeiro modelo 3-D completo de alta resolução da Nebulosa do Homúnculo. O novo modelo não contém nenhum dos pressupostos sobre simetria da nuvem encontrados em estudos anteriores.

Animação 3-D do modelo da Nebulos do Homúnculo. Crédito: Laboratório de Imagem Conceitual da NASA Goddard.
Animação 3-D do modelo da Nebulosa do Homúnculo. Crédito: Laboratório de Imagem Conceitual da NASA Goddard.

O formato do modelo, que foi publicado pela revista Monthly Notices of Royal Astronomical Society, foi desenvolvido usando apenas uma única linha de emissão de luz infravermelha emitida por gás de hidrogênio molecular. A luz característica 2,12 mícron muda ligeiramente no comprimento de onda, dependendo da velocidade e direção do gás em expansão, permitindo que a equipe sonde até porções obscurecidas de poeira da Nebulosa do Homúnculo que está oposta a direção da Terra.

“Nosso próximo passo foi processar tudo isso usando um software de modelagem 3-D que eu desenvolvi em colaboração com Nico Koning, da Universidade de Calgary, no Canadá. O programa é chamado simplesmente de ‘Shape’, e analisa e modela os movimentos tridimensionais e estruturas das nebulosas de uma forma que pode ser comparado diretamente com as observações”, disse o pesquisador Wolfgang Steffen, astrofísico do campus Ensenada, da Universidade Nacional Autônoma do México.

O novo formato de modelagem confirma várias características identificadas por estudos anteriores, incluindo buracos pronunciados localizados nas extremidades de cada lóbulo e a ausência de qualquer emissão estendida de hidrogênio molecular de uma saia de poeira aparente em luz visível, perto do centro da nebulosa. Os novos recursos incluem curiosas saliências tipo braço que emanam de cada lóbulo perto da saia de poeira; vastas trincheiras profundas curvando ao longo de cada lóbulo; e torrões irregulares no lado oposto a direção da Terra.

Um modelo 3-D-impresso da Nebulosa do Homúnculo é comparada a uma imagem do Hubble do objeto. Crédito: Goddard Space Flight Center / Ed Campion da NASA.
Um modelo 3-D-impresso da Nebulosa do Homúnculo é comparada a uma imagem do Hubble do objeto. Crédito: Goddard Space Flight Center / Ed Campion da NASA.

“Uma das questões que nos propusemos a responder com este estudo é se a Nebulosa do Homúnculo contém qualquer impressão da natureza binária da estrela, uma vez que os esforços anteriores para explicar sua forma assumiram que ambos os lóbulos eram mais ou menos idênticos e simétricos em torno de seu eixo longitudinal”, explicou José Groh, membro da equipe e astrônomo da Universidade de Genebra, na Suíça. “Os novos recursos sugerem fortemente que as interações entre as estrelas de Eta Carinae ajudaram a moldar a Nebulosa do Homúnculo”.

A cada 5,5 anos, quando suas órbitas as levam à sua maior aproximação, chamada de periastro, as imensas e brilhantes estrelas de Eta Carinae ficam distantes como a distância média entre Marte e o Sol. Ambas as estrelas possuem fluxos gasosos poderosos chamados ventos estelares, que interagem constantemente, mas essas interações são mais dramáticas durante o periastro, quando o vento mais rápido da estrela menor esculpe um túnel através do vento mais denso de sua companheira. O ângulo de abertura desta cavidade se aproxima do comprimento das trincheiras (130 graus) e o ângulo entre as saliências tipo braço (110 graus), indicando que a Nebulosa do Homúnculo provavelmente continua a realizar uma impressão a partir da interação do periastro na época da Grande Erupção.

Quando os pesquisadores desenvolveram o seu modelo da Nebulosa do Homúnculo, as coisas deram um passo adiante. Eles o converteram para um formato que pode ser usado por impressoras 3-D e fizeram o processo disponível, juntamente com o trabalho publicado.

“Agora, qualquer pessoa com acesso a uma impressora 3-D pode produzir sua própria versão deste objeto incrível”, disse Theodore Gull, astrofísico do Goddard, que também é co-autor do trabalho. “Apesar do modelo 3-D impresso ser uma ferramenta de visualização fantástica para qualquer pessoa interessada em astronomia, eu os vejo como particularmente valioso para os cegos, que agora serão capazes de comparar imagens astronômicas em relevo com uma representação cientificamente exata da coisa real”.

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