Webb investiga o coração complexo de uma borboleta cósmica

O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA revelou novos detalhes no núcleo da Nebulosa da Borboleta, NGC 6302. Do toro denso e empoeirado que circunda a estrela escondida no centro da nebulosa aos seus jatos emanados, as observações do Webb revelam muitas novas descobertas que pintam um retrato nunca antes visto de uma nebulosa planetária dinâmica e estruturada.

Este conjunto mostra três imagens da Nebulosa Borboleta, também chamada NGC 6302. A primeira e a segunda das três imagens aqui apresentadas realçam a natureza bipolar da Nebulosa Borboleta no visível e no infravermelho próximo pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. A nova imagem do Webb, à direita, amplia o centro da Nebulosa Borboleta e o seu toro poeirento, proporcionando uma visão sem precedentes da sua complexa estrutura. Os dados do Webb são complementados com dados do ALMA. Crédito: ESA/Webb, NASA e CSA, M. Matsuura, J. Kastner, K. Noll, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), N. Hirano, J. Kastner, M. Zamani (ESA/Webb) 

A Nebulosa da Borboleta, localizada a cerca de 3.400 anos-luz de distância na constelação de Escorpião , é uma das nebulosas planetárias mais bem estudadas da nossa galáxia. Esta nebulosa deslumbrante já foi fotografada pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA . Agora, Webb capturou uma nova imagem desta nebulosa.

As nebulosas planetárias estão entre as criaturas mais belas e elusivas do zoológico cósmico. Essas nebulosas se formam quando estrelas com massas entre 0,8 e 8 vezes a massa do Sol perdem a maior parte de sua massa ao final de suas vidas. A fase de nebulosa planetária é passageira, durando apenas cerca de 20.000 anos.

Ao contrário do nome, nebulosas planetárias não têm nada a ver com planetas: a confusão de nomenclatura começou há centenas de anos, quando astrônomos relataram que essas nebulosas pareciam redondas, como planetas. O nome pegou, embora muitas nebulosas planetárias não sejam redondas — e a Nebulosa da Borboleta é um excelente exemplo das formas fantásticas que essas nebulosas podem assumir.

A Nebulosa da Borboleta é uma nebulosa bipolar, o que significa que possui dois lóbulos que se estendem em direções opostas, formando as "asas" da borboleta. Uma faixa escura de gás empoeirado se apresenta como o "corpo" da borboleta. Essa faixa é, na verdade, um toro em forma de rosquinha visto de lado, escondendo a estrela central da nebulosa – o núcleo antigo de uma estrela semelhante ao Sol que energiza a nebulosa e a faz brilhar. A rosquinha empoeirada pode ser responsável pelo formato insetoide da nebulosa, impedindo que o gás flua para fora da estrela igualmente em todas as direções.

Esta nova imagem do Webb amplia o centro da Nebulosa da Borboleta e seu toro empoeirado, proporcionando uma visão sem precedentes de sua estrutura complexa. A imagem utiliza dados do Instrumento de Infravermelho Médio ( MIRI ) do Webb, operando no modo de unidade de campo integral.

Este modo combina uma câmera e um espectrógrafo para capturar imagens em diversos comprimentos de onda simultaneamente, revelando como a aparência de um objeto muda com o comprimento de onda. A equipe de pesquisa complementou as observações do Webb com dados do Atacama Large Millimeter/submillimetre Array, uma poderosa rede de antenas parabólicas de rádio.

Os pesquisadores que analisaram esses dados do Webb identificaram quase 200 linhas espectrais, cada uma contendo informações sobre os átomos e moléculas da nebulosa. Essas linhas revelam estruturas aninhadas e interconectadas, traçadas por diferentes espécies químicas.

A equipe de pesquisa identificou a localização da estrela central da Nebulosa da Borboleta, que aquece uma nuvem de poeira até então não detectada ao seu redor, fazendo com que esta brilhe intensamente nos comprimentos de onda do infravermelho médio, aos quais o MIRI é sensível. A localização da estrela central da nebulosa permaneceu indefinida até agora, pois essa poeira envolvente a torna invisível em comprimentos de onda ópticos.

Buscas anteriores pela estrela não obtiveram a combinação de sensibilidade infravermelha e resolução necessárias para detectar sua nuvem de poeira quente e obscurecedora. Com uma temperatura de 220.000 Kelvin, esta é uma das estrelas centrais mais quentes conhecidas em uma nebulosa planetária em nossa galáxia.

Este motor estelar flamejante é responsável pelo brilho deslumbrante da nebulosa, mas toda a sua potência pode ser canalizada pela densa faixa de gás empoeirado que a circunda: o toro. Os novos dados do Webb mostram que o toro é composto por silicatos cristalinos como o quartzo, bem como por grãos de poeira de formato irregular. Os grãos de poeira têm tamanhos da ordem de um milionésimo de metro – grandes, no que diz respeito à poeira cósmica – indicando que vêm crescendo há muito tempo.

Fora do toro, a emissão de diferentes átomos e moléculas assume uma estrutura multicamadas. Os íons que requerem a maior quantidade de energia para se formar concentram-se perto do centro, enquanto aqueles que requerem menos energia encontram-se mais distantes da estrela central. Ferro e níquel são particularmente interessantes, traçando um par de jatos que se projetam da estrela em direções opostas.

Curiosamente, a equipe também detectou luz emitida por moléculas à base de carbono, conhecidas como hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, ou HAPs. Eles formam estruturas planas, semelhantes a anéis, muito semelhantes aos favos de mel encontrados em colmeias. Na Terra, frequentemente encontramos HAPs na fumaça de fogueiras, escapamentos de carros ou torradas queimadas.

Dada a localização dos HAPs, a equipe de pesquisa suspeita que essas moléculas se formam quando uma "bolha" de vento da estrela central irrompe no gás que a circunda. Esta pode ser a primeira evidência da formação de HAPs em uma nebulosa planetária rica em oxigênio, fornecendo uma importante visão dos detalhes de como essas moléculas se formam.

Os resultados foram publicados hoje no  Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Esawebb.org