De um quintilhão para um: estrelas gigantes, poeira minúscula

ALMA e JWST revelam grãos de poeira de carbono em escala nanométrica emanando de um sistema estelar binário massivo.

Ilustração artística de WR 112, um sistema binário composto por uma estrela Wolf-Rayet massiva e evoluída e uma companheira do tipo OB. À medida que seus ventos estelares colidem, a poeira se forma e espirala para fora, consistindo principalmente de grãos extremamente pequenos, do tamanho de nanômetros, juntamente com uma população secundária cerca de 100 vezes maior. Crédito: NSF/AUI/NSF NRAO/M. Weiss

strônomos que utilizam o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA descobriram que algumas das estrelas mais massivas da nossa galáxia emitem grãos incrivelmente pequenos de poeira de carbono — poeira que um dia poderá formar futuras estrelas e planetas. A utilização de ambos os poderosos telescópios foi essencial para esta pesquisa, a fim de revelar toda a poeira produzida por essas estrelas.

Esta nova pesquisa focou em WR 112, um sistema estelar binário que contém uma estrela Wolf-Rayet muito rara, massiva, extremamente quente e em fase terminal, orbitando outra estrela companheira. Juntas, essas estrelas emitem ventos estelares poderosos que colidem e criam regiões densas e em resfriamento, onde se forma poeira, antes que essa poeira seja dispersa no espaço interestelar pela intensa luz estelar.

Embora imagens anteriores no infravermelho médio, obtidas pelo JWST, revelassem arcos espirais brilhantes de poeira em WR 112, os pesquisadores ficaram surpresos ao não encontrarem poeira alguma nas observações milimétricas sensíveis do ALMA. Apenas minúsculos grãos de poeira, quentes e visíveis, poderiam escapar da visão do ALMA, um dos telescópios milimétricos mais poderosos da Terra. Os dados combinados do JWST e do ALMA sugerem que os grãos de poeira nas extensas estruturas espirais são, em sua maioria, menores que um micrômetro, e a maioria deles deve ter apenas alguns nanômetros (ou bilionésimos de metro) de diâmetro.

“É incrível saber que algumas das estrelas mais massivas do Universo produzem algumas das menores partículas de poeira antes de morrerem. A diferença de tamanho entre a estrela e a poeira que ela produz é de cerca de um quintilhão para um”, compartilhou Donglin Wu, estudante de graduação da Universidade de Yale e principal autor desta nova pesquisa.

A equipe também encontrou evidências de que a poeira não é composta uniformemente por uma variedade de tamanhos, mas sim por dois tamanhos distintos: um grupo maior de grãos com tamanho nanométrico e um grupo menor de grãos com cerca de 0,1 micrômetro de diâmetro. Essa descoberta reconciliou décadas de medições conflitantes de sistemas binários semelhantes: algumas revelaram apenas grãos muito pequenos, enquanto outras detectaram apenas grãos maiores.

Agora, sabe-se que esse tipo de sistema binário pode apresentar ambos. A equipe explorou diversos processos físicos que podem, em princípio, fragmentar ou evaporar grãos de poeira próximos ao intenso campo de radiação das estrelas, descobrindo que esses processos tendem a destruir grãos que se encontram entre esses tamanhos sob certas condições. 

Como WR 112 é um dos maiores produtores de poeira de seu tipo — produzindo o equivalente a três luas em poeira por ano — as novas medições do tamanho dos grãos têm grandes implicações para a quantidade de poeira de carbono que sistemas binários massivos podem contribuir para a galáxia como um todo. Ao revelar que algumas das maiores estrelas do Universo são fábricas de algumas de suas menores partículas sólidas, este estudo fornece uma peça importante que faltava no ciclo de vida da poeira cósmica.

NRAO