Estrela com anéis está empurrando matéria para o espaço
O Telescópio Espacial James Webb descobriu esta imagem de um sistema estelar chamado Wolf-Rayet 140. A visão infravermelha do telescópio mostra estranhos anéis concêntricos irradiando da estrela, lembrando o som de um desenho animado vindo de um alto-falante. Uma equipe de cientistas anunciou em 12 de outubro de 2022 que seu estudo mostrou pela primeira vez que a luz intensa deste sistema estelar repele objetos.
Os cientistas observaram uma interação violenta entre duas estrelas massivas em Wolf-Rayet 140. Essa interação criou uma grande nuvem de poeira que eles rastrearam por mais de 16 anos usando imagens infravermelhas. Os cientistas publicaram seus resultados na revista Nature em 12 de outubro de 2022.
Um estudo de acompanhamento, republicado na revista Astronomy of Nature em 12 de outubro de 2022 e baseado em imagens recentes do telescópio Webb, viu não apenas um feixe, mas pelo menos 17 anéis.
O que é Wolf-Rayet 140?
Wolf-Rayet 140 (WR 140) é um sistema estelar que consiste em um grande Wolf-Rayet e uma estrela azul muito grande. A estrela Wolf-Rayet é uma estrela muito grande, brilhante e antiga. Duas das estrelas em Wolf-Rayet 140 são estrelas binárias gravitacionalmente alinhadas. Eles orbitam um ao outro durante um período de oito anos terrestres. O telescópio Keck, no Havaí, observa o sistema estelar Cygnus há duas décadas.
"À medida que essas estrelas orbitam umas às outras, elas criam uma nuvem de poeira de milhares de unidades estelares (distância Terra-Sol) a cada oito anos. Os astrônomos estudam essa poeira para entender como a luz das estrelas afeta a matéria.
Luz das estrelas empurrando poeira
Parece que a luz não tem poder sobre a matéria, mas pode e tem. A luz carrega pressão e sua repulsão na matéria é conhecida como pressão radiante. Os astrônomos viram o efeito dessa pressão de radiação quando observaram objetos se movendo em alta velocidade por todo o universo. Mas avistamentos diretos da velocidade da luz são raros, e esta é a primeira vez que os cientistas o fazem no espaço interestelar. O principal autor Yinuo Han, do Instituto de Astronomia de Cambridge, disse:
É difícil ver a luz das estrelas causando aceleração porque a força diminui com a distância e outras forças rapidamente assumem o controle. Para testemunhar a aceleração no nível em que se torna mensurável, o material precisa estar razoavelmente próximo da estrela ou a fonte da pressão de radiação precisa ser extra forte. WR 140 é uma estrela binária cujo campo de radiação feroz sobrecarrega esses efeitos, colocando-os ao alcance de nossos dados de alta precisão.
As poderosas estrelas Wolf-Rayet têm ventos estelares mais fortes do que as estrelas normais. Durante esses ventos, o carbono se condensa como catalisador e é sempre luminoso, por isso é brilhante o suficiente para ser visto com telescópios infravermelhos. Usando a interferometria, os pesquisadores conseguiram ver melhor esses anéis.
Como a poeira é formada?
A poeira do Wolf-Rayet 140 não é levada pelo vento estelar em uma bola translúcida. Em vez disso, forma-se onde os ventos interestelares colidem. A poeira está localizada no topo da zona de terremoto em forma de cone na frente das estrelas. À medida que as estrelas giram, a frente de choque gira com ela. Isso faz com que a poeira se torça em espiral, como a água de um aspersor de jardim.
Como as órbitas das estrelas são elípticas, o fluxo de poeira liga e desliga à medida que as estrelas se aproximam e se afastam de sua aproximação mais próxima. Os cientistas conseguiram modelar a superfície da poeira em três dimensões. Peter Tuthill, da Universidade de Sydney, disse:
Como um relógio, essa estrela sopra anéis de fumaça esculpidos a cada oito anos, com toda essa física maravilhosa escrita e inflada ao vento como um banner para lermos. Oito anos depois, quando o binário retorna à sua órbita, outro aparece igual ao anterior, fluindo para o espaço dentro da bolha do anterior, como um conjunto de bonecas russas gigantes aninhadas.
Capturando o Empurre da estrela anelada
A combinação do tempo preciso e da grande escala desse fenômeno deu aos astrônomos uma oportunidade única de explorar o campo de aceleração. Han diz:
Na ausência de forças externas, cada espiral de poeira deve se expandir a uma velocidade constante. Ficamos intrigados no início porque não conseguimos que nosso modelo se encaixasse nas observações, até que finalmente percebemos que estávamos vendo algo novo. Os dados não se encaixavam porque a velocidade de expansão não era constante, mas sim acelerada. Nós pegamos isso pela primeira vez na câmera.
Tuthill disse:
Em certo sentido, sempre soubemos que esse deveria ser o motivo da saída, mas nunca sonhei que seríamos capazes de ver a física trabalhando assim. Quando olho para os dados agora, vejo a pluma do WR 140 se desenrolando como uma vela gigante feita de poeira. Quando capta o vento de fótons que flui da estrela, como um iate pegando uma rajada, ele dá um salto repentino para a frente.
Observações de Webb
Ryan Lau do NOIRLab da NSF liderou o estudo usando os dados do telescópio Webb. Lau disse:
O telescópio Webb oferece novos extremos de estabilidade e sensibilidade. Agora poderemos fazer observações como essa com muito mais facilidade do que do solo, abrindo uma nova janela para o mundo da física Wolf-Rayet.
Vamos aproximá-lo de casa: o instrumento MIRI de Webb mostra a melhor evidência até agora de que as estrelas Wolf-Rayet podem produzir e preservar moléculas de poeira ricas em carbono, que poderiam ser usadas para criar novas estrelas e planetas. Nosso próprio Sol pode ter se formado com a ajuda de uma estrela Wolf-Rayet!
— Telescópio Webb da NASA (@NASAWebb) 12 de outubro de 2022
Importante: Wolf-Rayet 140 é um binário de anel único, indicando que sua luz intensa empurra poeira para dentro do anel enquanto as duas estrelas orbitam uma à outra.
Fonte: Aceleração acionada por radiação na camada de poeira WR 140 em expansão
Fonte: conchas de poeira aninhadas ao redor do binário Wolf-Rayet WR 140 observadas com JWST
