Emissão de gases traz novas pistas sobre o fim da vida das estrelas

Módulo de carga útil do Herschel consiste no telescópio e no criostato que contém o banco óptico. Escudo solar protege equipamento da insolação e da luz difusa da Terra – Ilustração: Divulgação / The Herschel Space Observatory

As nebulosas planetárias (NPs) representam uma fase-chave da evolução estelar, o final da vida de uma estrela de baixa ou média massa. A partir das observações do telescópio espacial Herschel, um grupo internacional de astrônomos detectou uma rara emissão laser de gases no centro da nebulosa planetária Menzel 3, também conhecida como Nebulosa da Formiga. Além de indicar as condições físicas e a provável estrutura do gás, esta detecção aponta que a estrela central que produziu a nebulosa planetária tem uma estrela companheira (ou seja, faz parte de um sistema estelar binário). Essa descoberta poderá auxiliar futuros estudos sobre o material expelido em sistemas estelares múltiplos no centro de nebulosas planetárias. A pesquisa foi liderada por Isabel Aleman, pós-doutoranda do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP.

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Nebulosas planetárias são formadas pelo gás e poeira ejetado por estrelas de pequena e média massa (aproximadamente de uma a oito massas solares) no final de sua vida. “O Sol, por exemplo, irá formar uma nebulosa planetária daqui a uns 5 bilhões de anos”, afirma Isabel. Enquanto as camadas externas da estrela são ejetadas para o meio interestelar, seu núcleo se torna uma estrela compacta chamada de anã branca. “Essas estrelas têm temperaturas superficiais muito elevadas, na faixa de 50 a 200 mil graus Kelvin (K), e sua radiação ilumina, aquece e ioniza o gás expelido. Esse material emite um espectro de radiação que pode revelar as espécies que o compõem, assim como sua estrutura e condições físicas, como, por exemplo, a distribuição de densidade e temperaturas.”

No trabalho, descrito em artigo da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, foram utilizadas observações coletadas pelo Observatório Espacial Herschel. “O Herschel é um telescópio espacial desenvolvido e operado pela Agência Espacial Europeia (ESA), com contribuição significativa da Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço dos Estados Unidos (Nasa)”, conta Isabel. O satélite com o telescópio foi lançado em maio de 2009. Planejado para durar três anos, ele ficou em operação por cerca de quatro anos, até o líquido necessário para resfriamento do sistema acabar, em 2013. “Esse telescópio observou a emissão dos objetos na faixa do infravermelho e submilimétrico do espectro de radiação.”

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Nebulosa planetária Menzel 3, também conhecida como Nebulosa da Formiga, na qual  astrônomos detectaram rara emissão de gases em seu centro – Foto: Divulgação/Nasa

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O grupo de pesquisadores havia observado 11 nebulosas planetárias com o Herschel. “Ao inspecionar as observações, notei que o espectro da Menzel 3 era diferente do habitual, por apresentar emissão das chamadas linhas de recombinação de hidrogênio, compostas do gás ionizado pela radiação da estrela central”, relata Isabel. Essa emissão não é normalmente vista nos espectros de nebulosas planetárias dentro da faixa de comprimentos de onda observada pelo Herschel (infravermelho distante ao submilimétrico). “A análise dessa emissão mostrou que sua intensidade é amplificada por efeito laser, o que só acontece em condições muito específicas.”

Efeito laser

O efeito laser é a amplificação da intensidade de um feixe de radiação de um determinado comprimento de onda ao atravessar um material com certas propriedades. “Esse efeito só ocorre com certas combinações de comprimento de onda da radiação incidente e material. Daí ser uma emissão rara”, explica a pesquisadora. “O gás é ionizado pela radiação que vem da estrela central, sendo composto, majoritariamente, de hidrogênio. Portanto, a fonte da emissão laser é o gás ao redor da estrela, que também é o material atravessado.”

Isabel ressalta que o estudo das nebulosas planetárias contribui para a compreensão da evolução estelar, que é um dos temas centrais da astronomia. “Além disso, nebulosas planetárias produzem uma importante contribuição para o gás e poeira do meio interestelar. Elas participam do ciclo da matéria na galáxia: estrelas se formam do gás ao meio interestelar e, no final de suas vidas, devolvem esse material processado ao meio”, diz. “O gás ejetado permite estudar como as estrelas processam o gás que as compõem, assim como os processos que ocorrem após sua ejeção.”

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Isabel Aleman (em pé, a direita): descoberta sobre nebulosas planetárias contribui para a compreensão da evolução estelar – Foto: Divulgação

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Isabel destaca que “esta pesquisa, em particular, demostrou que a emissão laser de hidrogênio pode ser esperada no centro de nebulosas planetárias que apresentam sistemas binários”. A emissão revela um gás cujas condições não podem ser estudadas pela emissão usualmente observada em nebulosas planetárias. “O laser de hidrogênio é então mais uma ferramenta que pode ser utilizada para o estudo desses objetos, em particular em regiões próximas às estrelas centrais, onde as densidades são mais de 10 mil vezes as densidades do gás típico de nebulosas, como o observado nos lóbulos da Menzel 3.”

Além disso, a presença de laser de hidrogênio reafirma a teoria de que há um disco de poeira no centro da Menzel 3, o que é evidência de um sistema estelar binário (duas estrelas orbitando uma a outra). “As características do sistema binário no centro de Menzel 3 ainda não são bem conhecidas. Para obter maiores detalhes, serão precisas novas observações futuras e modelos mais detalhados”, aponta. “O que sabemos até agora é que, além da estrela anã branca, que gerou a nebulosa planetária, deve haver uma outra estrela massiva que está expelindo material de suas camadas exteriores.”
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Mais informações: bebel.aleman@gmail.com, com Isabel Aleman