JWST revela como a poeira cósmica se cristaliza na Nebulosa da Borboleta NGC 6302

As entranhas luminosas de uma estrela em fim de vida estão a servir de caminho para que astrónomos tentem desvendar as origens mais antigas de como o nosso planeta se formou.

No interior da Nebulosa da Borboleta NGC 6302, a cerca de 3.400 anos-luz da Terra, na constelação austral de Escorpião, investigadores identificaram indícios fortes de que a poeira está a cristalizar à medida que arrefece depois de ter sido gás muito quente.

"Durante anos, cientistas discutiram como a poeira cósmica se forma no espaço. Mas agora, com a ajuda do poderoso Telescópio Espacial James Webb, talvez finalmente tenhamos uma imagem mais clara", afirma a astrofísica Mikako Matsuura, da Universidade de Cardiff, no Reino Unido.

"Conseguimos observar, ao mesmo tempo e num único objeto, tanto gemas frias formadas em regiões calmas e duradouras quanto fuligem incandescente criada em partes violentas e rápidas do espaço. Esta descoberta é um grande avanço para entender como os materiais básicos dos planetas se juntam."

A poeira cósmica é exatamente o que o nome sugere: partículas finas que vagueiam pelo espaço entre as estrelas. A ideia predominante é que ela se forme sobretudo nas camadas externas de estrelas moribundas, semeando o material nebuloso que depois é incorporado por estrelas recém-nascidas e pelos mundos que as orbitam.

A Nebulosa da Borboleta NGC 6302 e a morte de uma estrela

A Nebulosa da Borboleta é o derradeiro espetáculo de uma estrela desse tipo, em fase final. Trata-se de uma nebulosa planetária (uma designação histórica, porque os primeiros exemplos conhecidos eram redondos, lembrando planetas): a nuvem em expansão que surge quando a estrela, ao morrer, se desfaz das suas camadas externas e as lança ao espaço.

No centro encontra-se uma anã branca - o remanescente de uma estrela gigante que já atravessou os seus últimos espasmos. E, em vez de uma forma limpa e circular, a nebulosa mostra dois fluxos ejetados com violência, como se fossem asas de borboleta.

A envolver a anã branca central - extremamente quente por causa do calor residual da sua morte e reorganização - há um toro espesso de poeira. Matsuura e colegas recorreram ao alcance no infravermelho do JWST para espreitar esse material e, literalmente, identificar do que ele é feito.

Por que o JWST consegue atravessar a poeira

A maior parte dos comprimentos de onda da luz é bloqueada e dispersada por poeira, mas os comprimentos de onda longos do infravermelho conseguem penetrar. Isso torna o JWST a ferramenta ideal para investigar este ambiente difícil de decifrar.

Para completar o quadro, a equipa combinou observações no infravermelho do JWST com dados em rádio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Em conjunto, essas medições trouxeram novos detalhes sobre os processos que ocorrem no coração da Nebulosa da Borboleta.

O “donut” de poeira, segundo os investigadores, exibe assinaturas no infravermelho tanto de grãos amorfos, semelhantes a fuligem, quanto de estruturas cristalinas bem organizadas. O brilho observado também indica que esses grãos são grandes para padrões de poeira, na escala de micrómetros - um sinal de que o material está ali há tempo suficiente para crescer.

A composição identificada também chama a atenção, com cristais de minerais silicatos como forsterita, enstatita e quartzo.

Cristais, jatos metálicos e hidrocarbonetos na Nebulosa da Borboleta

Na parte externa do toro, observa-se uma gradação nítida de átomos e moléculas. Os iões que exigem mais energia para se formarem aparecem mais perto do centro da nebulosa, enquanto os iões que precisam de menos energia se concentram em regiões mais afastadas.

Outros elementos reconhecidos nos dados do JWST incluem grandes jatos de ferro e níquel a afastarem-se da estrela em direções opostas; e uma concentração considerável de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, ou HAPs. Este ponto é especialmente relevante.

Os HAPs são moléculas com aspeto de fuligem, baseadas em anéis de átomos de carbono, que flutuam pelo espaço em grande abundância. Por isso, eles têm papel de destaque em hipóteses sobre a origem de vida baseada em carbono. Encontrá-los no centro da Nebulosa da Borboleta, que é rica em oxigénio, oferece novas pistas sobre como podem surgir os blocos de construção da vida: quando ventos estelares muito fortes colidem com o material ao redor.

Não é possível “rebobinar” o Sistema Solar para ver como tudo se juntou a partir de uma nuvem no espaço. Instrumentos como o JWST - e alvos como a Nebulosa da Borboleta - dão aos cientistas a visão essencial para reconstruir como chegámos até aqui, a partir da poeira de uma estrela moribunda.

A pesquisa foi publicada na revista Notícias Mensais da Sociedade Astronómica Real.