O Telescópio Espacial James Webb (JWST) revela Apep, um sistema de estrelas Wolf-Rayet

Na véspera da minha defesa de tese, o meu amigo e radioastrónomo Joe Callingham mostrou-me uma imagem pela qual esperávamos há cinco anos: uma fotografia no infravermelho de duas estrelas em fim de vida que tínhamos solicitado ao Telescópio Muito Grande, no Chile.

Fiquei sem fôlego - as estrelas estavam envoltas numa espiral colossal de poeira, como uma serpente a morder a própria cauda.

Baptizámo-la de Apep, em homenagem ao deus egípcio-serpente da destruição. Agora, a nossa equipa teve finalmente a oportunidade de observar Apep com o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA.

Se a primeira visão da sua nebulosa em espiral já tinha sido um choque, esta nova imagem - impressionante - supera-a. A análise dos dados do JWST foi agora apresentada em dois artigos no arXiv.

Mortes estelares violentas

Mesmo antes de terminarem em supernovas, as estrelas mais massivas do Universo expulsam de forma brutal as suas camadas exteriores de hidrogénio, deixando o núcleo pesado a descoberto.

A estas estrelas dá-se o nome de estrelas Wolf-Rayet, em honra dos seus descobridores, que reconheceram nelas fluxos de gás extremamente potentes - muito mais intensos do que o vento estelar do nosso Sol. Esta fase Wolf-Rayet dura apenas alguns milhares de anos, um instante à escala cósmica, antes da explosão final.

Ao contrário do Sol, muitas estrelas existem em pares, os chamados sistemas binários. Isto é particularmente frequente nas estrelas mais massivas, incluindo as Wolf-Rayet.

Quando as rajadas impetuosas de uma Wolf-Rayet colidem com o vento mais fraco da sua companheira, o material comprime-se mutuamente. No “olho” desta tempestade cria-se um ambiente denso e relativamente frio, onde ventos ricos em carbono conseguem condensar e formar poeira. Foi assim que surgiu a poeira de carbono mais antiga do cosmos - a primeira parcela do material que também compõe os nossos corpos.

A poeira proveniente da Wolf-Rayet é expulsa quase em linha recta; porém, o movimento orbital das estrelas vai enrolando esse fluxo e molda-o numa nebulosa em espiral, exactamente como a água de um aspersor vista de cima.

Esperávamos que Apep se parecesse com uma destas elegantes nebulosas em “cata-vento”, identificadas pelo nosso colega e coautor Peter Tuthill. Para nossa surpresa, não foi isso que encontrámos.

Rivais em pé de igualdade

A nova imagem foi obtida com a câmara de infravermelhos do JWST, semelhante às câmaras térmicas usadas por caçadores ou pelas forças armadas. Nela, o material mais quente surge a azul, enquanto o material mais frio aparece em tons que vão do verde ao vermelho.

O que se percebe é que Apep não é apenas uma estrela poderosa a varrer uma companheira mais fraca: trata-se de duas estrelas Wolf-Rayet. Como os seus ventos têm forças muito semelhantes, a poeira espalha-se num cone bastante amplo e é enrolada numa forma que lembra uma manga de vento.

Quando apresentámos a primeira descrição de Apep, em 2018, assinalámos também a presença de uma terceira estrela, mais distante, levantando a hipótese de fazer parte do sistema - ou de ser apenas um intruso alinhado por acaso na nossa linha de visão.

Havia ainda um enigma: a poeira parecia deslocar-se muito mais devagar do que os ventos, algo difícil de justificar. Propusemos então que a poeira pudesse estar a ser transportada por um vento lento e espesso proveniente do equador de uma estrela em rotação muito rápida - um tipo de objecto raro hoje, mas que terá sido comum no Universo primordial.

Os novos dados do JWST, muito mais detalhados, mostram ainda três conchas adicionais de poeira a afastarem-se rapidamente para regiões mais exteriores. Cada uma é mais fria e mais ténue do que a anterior e estão espaçadas de forma perfeitamente regular, sobre um pano de fundo de poeira em turbilhão.

Novos dados, novo conhecimento

Os dados do JWST foram agora divulgados e interpretados em dois artigos: um liderado pelo astrónomo Yinuo Han, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), e outro pelo estudante de mestrado Ryan White, da Universidade de Macquarie.

No artigo de Han, é descrita a forma como a poeira da nebulosa arrefece, estabelece-se a ligação entre a poeira em segundo plano e as estrelas em primeiro plano, e sugere-se que as estrelas estão mais longe da Terra do que pensávamos. Isso implicaria uma luminosidade extraordinária, mas também enfraquece a nossa afirmação original sobre ventos lentos e rotação rápida.

No artigo de White, é desenvolvido um modelo computacional rápido para reproduzir a forma da nebulosa, e esse modelo é usado para descodificar com grande precisão a órbita das estrelas interiores.

Ele reparou ainda que existe uma "mordida" nas conchas de poeira, exactamente no local onde o vento da terceira estrela deveria estar a escavá-las. Isto demonstra que a família Apep não é apenas um par de gémeas - existe um terceiro “irmão”.

Estudar sistemas como Apep ajuda-nos a compreender melhor as mortes estelares e a origem da poeira de carbono, mas estes objectos também exibem uma beleza invulgar que nasce da sua geometria aparentemente simples.

A violência do fim das estrelas esculpe enigmas que fariam sentido para Newton e Arquimedes; resolvê-los e partilhá-los é um prazer científico.

Benjamin Pope, Professor Associado, Escola de Ciências Matemáticas e Físicas, Universidade de Macquarie

Este artigo foi republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.