O Telescópio Espacial James Webb da NASA entregou algo inédito: uma imagem nítida no infravermelho médio de um sistema com quatro espirais serpentinas de poeira, cada uma se expandindo além da anterior seguindo exatamente o mesmo padrão. (A quarta é quase transparente, nas bordas da imagem do Webb.) Observações feitas antes do Webb detectaram apenas uma casca e, embora a existência de cascas externas tenha sido hipotetizada, buscas com telescópios terrestres não conseguiram encontrá‑las. Essas cascas foram emitidas ao longo dos últimos 700 anos por duas estrelas Wolf‑Rayet envelhecidas em um sistema conhecido como Apep, uma referência ao deus egípcio do caos.
A imagem do Webb, combinada com vários anos de dados do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO) no Chile, restringiu a frequência com que o par se aproxima: uma vez a cada 190 anos. A cada órbita incrivelmente longa, eles passam próximos por 25 anos e formam poeira.
O Webb também confirmou que há três estrelas gravitacionalmente ligadas entre si nesse sistema. A poeira ejetada pelas duas estrelas Wolf‑Rayet é “cortada” por uma terceira estrela, uma supergigante massiva, que abre buracos em cada nuvem de poeira em expansão a partir de sua órbita mais ampla. (As três estrelas aparecem como um único ponto brilhante de luz na imagem do Webb.)
A imagem do Webb no infravermelho médio mostra, pela primeira vez, quatro conchas enroladas de poeira ao redor de um par de estrelas Wolf‑Rayet conhecidas como Apep. Observações anteriores por outros telescópios mostravam apenas uma. Os dados do Webb também confirmaram que há três estrelas gravitacionalmente ligadas entre si.
Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI; Ciência: Yinuo Han (Caltech), Ryan White (Macquarie University); Processamento da imagem: Alyssa Pagan (STScI)
“Ver as novas observações do Webb foi como entrar em uma sala escura e acender a luz — tudo apareceu de uma vez”, disse Yinuo Han, autor principal de um novo artigo no The Astrophysical Journal e pesquisador pós‑doutoral no Caltech em Pasadena, Califórnia. “Há poeira por toda parte na imagem do Webb, e o telescópio mostra que a maior parte foi expelida em estruturas repetitivas e previsíveis.” O artigo de Han coincide com a publicação do artigo de Ryan White no The Astrophysical Journal, estudante de doutorado na Macquarie University em Sydney, Austrália.
Han, White e seus coautores refinaram a órbita das estrelas Wolf‑Rayet combinando medições precisas da localização dos anéis a partir da imagem do Webb com a velocidade de expansão das cascas obtida por observações do VLT ao longo de oito anos.
“Este é um sistema único com um período orbital incrivelmente raro”, disse White. “A próxima órbita mais longa conhecida para um binário Wolf‑Rayet com poeira é de cerca de 30 anos. A maioria tem órbitas entre dois e dez anos.”
Quando as duas estrelas Wolf‑Rayet se aproximam e passam uma pela outra, seus fortes ventos estelares colidem e se misturam, formando e ejetando enormes quantidades de poeira rica em carbono por um quarto de século de cada vez. Em sistemas semelhantes, a poeira é expelida ao longo de meros meses, como nas cascas do Wolf‑Rayet 140.
As estrelas Wolf‑Rayet produtoras de poeira em Apep não estão exatamente em uma viagem tranquila. Elas atravessam o espaço e expulsam poeira a 1.200 a 2.000 milhas por segundo (2.000 a 3.000 quilômetros por segundo).
Essa poeira também é muito densa. A composição específica da poeira é outro motivo pelo qual o Webb conseguiu observar muito mais: ela consiste em grande parte de carbono amorfo. “Grãos de poeira de carbono mantêm uma temperatura mais alta mesmo quando se afastam da estrela”, disse Han. Embora os grãos de poeira excepcionalmente pequenos sejam considerados quentes no espaço, a luz que emitem também é extremamente fraca, motivo pelo qual só pode ser detectada a partir do espaço pelo MIRI (Instrumento de Infravermelho Médio) do Webb.
Para encontrar os buracos que a terceira estrela cortou como uma faca na poeira, procure o ponto central de luz e trace um V aproximadamente das 10 horas às 2 horas. “A cavidade fica mais ou menos no mesmo lugar em cada casca e se parece com um funil”, disse White.
“Fiquei chocado quando vi os cálculos atualizados se confirmarem em nossas simulações”, disse ele. “O Webb nos deu a ‘prova definitiva’ para demonstrar que a terceira estrela é gravitacionalmente ligada a esse sistema.” Pesquisadores já conheciam a terceira estrela desde que o VLT observou a casca interna mais brilhante e as estrelas em 2018, mas as observações do Webb levaram a um modelo geométrico atualizado, confirmando a conexão. (Veja o sistema em 3D assistindo à visualização abaixo.)
“Resolvemos vários mistérios com o Webb”, disse Han. “O mistério que resta é a distância precisa das estrelas até a Terra, o que exigirá observações futuras.”
As duas estrelas Wolf‑Rayet foram inicialmente mais massivas que sua companheira supergigante, mas perderam a maior parte de sua massa. É provável que ambas as estrelas Wolf‑Rayet tenham entre 10 e 20 vezes a massa do Sol, e que a supergigante tenha 40 ou 50 vezes a massa do Sol.
Eventualmente, as estrelas Wolf‑Rayet explodirão como supernovas, rapidamente enviando seu conteúdo para o espaço. Qualquer uma delas também pode emitir uma rajada de raios‑gama, um dos eventos mais poderosos do universo, antes de possivelmente se tornarem um buraco negro.
Estrelas Wolf‑Rayet são incrivelmente raras no universo. Estima‑se que existam apenas cerca de mil em nossa galáxia Via Láctea, que contém centenas de bilhões de estrelas no total. Dos poucos centenas de binários Wolf‑Rayet observados até hoje, Apep é o único exemplo que contém duas estrelas Wolf‑Rayet desses tipos em nossa galáxia — a maioria tem apenas uma.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. O Webb está solucionando mistérios no nosso sistema solar, observando mundos distantes em torno de outras estrelas e sondando as estruturas misteriosas e as origens do nosso universo e do nosso lugar nele. O Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a ESA (Agência Espacial Europeia) e a CSA (Agência Espacial Canadense).
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