Na véspera da minha defesa de tese, meu amigo e radioastrónomo Joe Callingham me mostrou uma imagem que esperávamos havia cinco longos anos: uma fotografia em infravermelho de duas estrelas moribundas, que havíamos solicitado ao Telescópio Muito Grande (VLT) no Chile.
Fiquei sem fôlego - as estrelas apareciam envoltas por uma enorme espiral de poeira, como uma serpente a devorar a própria cauda.
Batizámos o objeto de Apep, em homenagem ao deus-serpente egípcio da destruição. Agora, por fim, a nossa equipa teve a sorte de observar Apep com o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA.
Se já era difícil superar o choque inicial ao ver a sua espiral de beleza hipnótica, esta nova imagem é ainda mais impressionante - e os dados do JWST, já analisados, foram apresentados em dois artigos no arXiv.
Mortes estelares violentas
Pouco antes de morrerem como supernovas, as estrelas mais massivas do Universo perdem de forma brutal as suas camadas externas de hidrogénio, deixando expostos os seus núcleos pesados.
Essas estrelas são conhecidas como estrelas Wolf-Rayet, nome dado em homenagem aos seus descobridores, que identificaram jatos intensos de gás a sair desses objetos - correntes muito mais fortes do que o vento estelar do nosso Sol. A fase Wolf-Rayet dura apenas alguns milhares de anos - um piscar de olhos em escalas de tempo cósmicas - antes de ocorrer a explosão.
Ao contrário do Sol, muitas estrelas no Universo existem em pares, os chamados sistemas binários. Isso é particularmente comum entre as mais massivas, incluindo as Wolf-Rayet.
Quando as rajadas ferozes de uma estrela Wolf-Rayet colidem com o vento mais fraco da sua companheira, os fluxos acabam por se comprimir mutuamente. No “olho” dessa tempestade forma-se um ambiente denso e frio, no qual os ventos ricos em carbono podem condensar-se e virar poeira. A poeira de carbono mais antiga do cosmos - uma das primeiras parcelas do material que viria a compor os nossos próprios corpos - foi gerada dessa maneira.
A poeira expelida pela Wolf-Rayet é lançada quase em linha reta, e o movimento orbital das estrelas enrola esse material até formar uma nebulosa em espiral, exatamente como a água de um aspersor vista de cima.
Nós esperávamos que Apep se parecesse com uma dessas nebulosas elegantes em “cata-vento”, descobertas pelo nosso colega e coautor Peter Tuthill. Para a nossa surpresa, não era o caso.
Rivais à altura
A nova imagem foi obtida com a câmara de infravermelho do JWST, semelhante às câmaras térmicas usadas por caçadores ou pelas forças armadas. Nessa representação, o material quente aparece em azul, enquanto o material mais frio surge em verde, passando por tons até ao vermelho.
O que os dados mostram é que Apep não é apenas uma estrela poderosa a dominar uma companheira mais fraca, mas sim duas estrelas Wolf-Rayet. As duas “rivais” têm ventos de força quase equivalente; com isso, a poeira distribui-se num cone muito amplo e acaba envolvida numa estrutura que lembra uma manga de vento.
Quando descrevemos Apep pela primeira vez, em 2018, chamámos atenção para uma terceira estrela, mais distante, e levantámos a hipótese de ela pertencer ao sistema - ou de ser apenas uma intrusa por acaso ao longo da linha de visada.
Além disso, a poeira parecia deslocar-se muito mais devagar do que os ventos, algo difícil de justificar. Propusemos que a poeira pudesse estar a ser transportada por um vento lento e espesso proveniente do equador de uma estrela a girar rapidamente - um tipo de objeto raro hoje, mas que teria sido comum no Universo primitivo.
Os novos dados do JWST, muito mais detalhados, revelam mais três conchas de poeira a expandirem-se ainda mais para fora, cada uma mais fria e mais ténue do que a anterior. Elas estão espaçadas de forma perfeitamente regular, sobre um fundo de poeira em redemoinho.
Novos dados, novo conhecimento
Os dados do JWST já foram publicados e interpretados em dois artigos: um liderado pelo astrónomo Yinuo Han, do Caltech, e outro liderado por Ryan White, estudante de mestrado da Universidade Macquarie.
O trabalho de Han descreve como a poeira da nebulosa arrefece, relaciona a poeira do plano de fundo com as estrelas em primeiro plano e sugere que as estrelas estão mais distantes da Terra do que imaginávamos. Isso implica que são extraordinariamente brilhantes, mas enfraquece a nossa afirmação original sobre ventos lentos e rotação rápida.
No artigo de White, ele desenvolve um modelo computacional rápido para reproduzir a forma da nebulosa e, a partir daí, decodifica com grande precisão a órbita das estrelas internas.
Ele também percebeu que há uma "mordida" retirada das conchas de poeira, exatamente na região em que o vento da terceira estrela estaria a “roer” essas estruturas. Isso comprova que a família de Apep não é apenas um par de gémeas - existe um terceiro irmão.
Compreender sistemas como Apep ajuda-nos a aprender mais sobre mortes estelares e sobre a origem da poeira de carbono, mas esses sistemas também exibem uma beleza fascinante que nasce da sua geometria aparentemente simples.
A violência do fim das estrelas esculpe enigmas que fariam sentido para Newton e Arquimedes - e é uma alegria científica resolvê-los e partilhá-los.
Benjamin Pope, Professor Associado, Escola de Ciências Matemáticas e Físicas, Universidade Macquarie
Este artigo foi republicado de The Conversation sob licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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