Webb observa formação de conchas de poeira ricas em carbono e expansão em sistema estelar

Astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA identificaram duas estrelas responsáveis ​​por gerar poeira rica em carbono a meros 5000 anos-luz de distância em nossa própria galáxia, a Via Láctea. À medida que as estrelas massivas em Wolf-Rayet 140 passam uma pela outra em suas órbitas alongadas, seus ventos colidem e produzem a poeira rica em carbono. Por alguns meses a cada oito anos, as estrelas formam uma nova camada de poeira que se expande para fora — e pode eventualmente se tornar parte de estrelas que se formam em outras partes de nossa galáxia. 

Duas imagens no infravermelho médio, obtidas pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA, de Wolf-Rayet 140, mostram poeira rica em carbono a mover-se no espaço. À direita, os dois triângulos das imagens principais são comparados para mostrar a diferença que 14 meses fazem: a poeira está a afastar-se das estrelas centrais a quase 1% da velocidade da luz. Estas estrelas estão a 5000 anos-luz de distância, na nossa Via Láctea. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI; ciência - Emma Lieb (Universidade de Denver), Ryan Lau (NOIRLab da NSF), Jennifer Hoffman (Universidade de Denver)

Os astrônomos há muito tentam rastrear como elementos como o carbono, que é essencial para a vida, se tornam amplamente distribuídos pelo Universo. Agora, o Telescópio Espacial James Webb examinou uma fonte contínua de poeira rica em carbono em nossa própria galáxia, a Via Láctea, em maiores detalhes: Wolf-Rayet 140, um sistema de duas estrelas massivas que seguem uma órbita estreita e alongada.

À medida que passam uma pela outra (dentro do ponto branco central nas imagens de Webb), os ventos estelares de cada estrela se chocam, o material se comprime e poeira rica em carbono se forma. As últimas observações de Webb mostram 17 conchas de poeira brilhando em luz infravermelha média que estão se expandindo em intervalos regulares para o espaço ao redor.

“O telescópio confirmou que essas conchas de poeira são reais, e seus dados também mostraram que as conchas de poeira estão se movendo para fora em velocidades consistentes, revelando mudanças visíveis em períodos de tempo incrivelmente curtos”, disse Emma Lieb, principal autora do novo artigo e doutoranda na Universidade de Denver, no Colorado.

Cada concha está se afastando das estrelas a mais de 2.600 quilômetros por segundo, quase 1% da velocidade da luz. “Estamos acostumados a pensar em eventos no espaço ocorrendo lentamente, ao longo de milhões ou bilhões de anos”, acrescentou Jennifer Hoffman, coautora e professora da Universidade de Denver. “Neste sistema, o observatório está mostrando que as conchas de poeira estão se expandindo de um ano para o outro.”

“Ver o movimento em tempo real dessas conchas entre as observações de Webb, que foram tiradas com apenas 13 meses de diferença, é realmente notável”, disse Olivia Jones, coautora do Centro de Tecnologia Astronômica do Reino Unido, Edimburgo. “Esses novos resultados estão nos dando um primeiro vislumbre do papel potencial de binários tão massivos como fábricas de poeira no Universo.”

Como um relógio, os ventos das estrelas geram poeira por vários meses a cada oito anos, conforme o par faz sua aproximação mais próxima durante uma órbita ampla e alongada. Webb também mostra onde a formação de poeira para — procure pela região mais escura no canto superior esquerdo em ambas as imagens.

As imagens de infravermelho médio do telescópio detectaram conchas que persistiram por mais de 130 anos (as conchas mais antigas se dissiparam o suficiente para que agora estejam muito fracas para serem detectadas). Os pesquisadores especulam que as estrelas acabarão gerando dezenas de milhares de conchas de poeira ao longo de centenas de milhares de anos.

“Observações no infravermelho médio são absolutamente cruciais para esta análise, já que a poeira neste sistema é bem fria. Observações no infravermelho próximo e na luz visível mostrariam apenas as conchas mais próximas da estrela”, explicou Ryan Lau, coautor e astrônomo do NSF NOIRLab em Tucson, Arizona, que liderou a pesquisa inicial sobre este sistema. “Com esses novos detalhes incríveis, o telescópio também está nos permitindo estudar exatamente quando as estrelas estão formando poeira — quase no mesmo dia.”

A distribuição da poeira não é uniforme. Embora essas diferenças não sejam óbvias nas imagens de Webb, a equipe descobriu que parte da poeira se "acumulou", formando nuvens amorfas e delicadas que são tão grandes quanto todo o nosso Sistema Solar. Muitas outras partículas individuais de poeira flutuam livremente. Cada partícula é tão pequena quanto um centésimo da largura de um fio de cabelo humano. Grumosa ou não, toda a poeira se move na mesma velocidade e é rica em carbono.

O futuro deste sistema

O que acontecerá com essas estrelas ao longo de milhões ou bilhões de anos, depois que elas terminarem de "borrifar" seus arredores com poeira? A estrela Wolf-Rayet neste sistema é 10 vezes mais massiva que o Sol e está se aproximando do fim de sua vida. Em seu "ato" final, esta estrela explodirá como uma supernova — possivelmente detonando algumas ou todas as conchas de poeira — ou entrará em colapso em um buraco negro , o que deixaria as conchas de poeira intactas.

Embora ninguém possa prever com certeza o que vai acontecer, os pesquisadores estão torcendo pelo cenário do buraco negro. “Uma questão importante na astronomia é: de onde vem toda a poeira do universo?”, disse Lau. “Se a poeira rica em carbono como essa sobreviver, isso pode nos ajudar a começar a responder a essa pergunta.”

“Sabemos que o carbono é necessário para a formação de planetas rochosos e sistemas solares como o nosso”, Hoffman acrescentou. “ É emocionante ter um vislumbre de como os sistemas estelares binários não apenas criam poeira rica em carbono, mas também a impulsionam para nossa vizinhança galáctica .”

Esses resultados foram publicados no Astrophysical Journal Letters e apresentados em uma coletiva de imprensa na 245ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em National Harbor, Maryland.

Esawebb.org