A Nebulosa da Borboleta, também conhecida como a Nebulosa Twin Jet, é um exemplo da chamada nebulosa planetária bipolar. O objeto deste estudo, K4-47, é muito menos conhecido, mas pode ser similar na aparência. Não tendo nada a ver com planetas, uma nebulosa planetária é uma camada brilhante de gás e poeira lançada no espaço por uma estrela em alta velocidade. Crédito: ESA / Hubble e NASA / Judy Schmidt
Tudo ao seu redor - sua mesa, seu laptop, sua xícara de café - na verdade, até você - é feito de poeira estelar, o material forjado nas fornalhas ardentes de estrelas que morreram antes de nosso sol nascer. Sondando o espaço em torno de um misterioso cadáver estelar, cientistas da Universidade do Arizona fizeram uma descoberta que poderia ajudar a resolver um mistério de longa data: de onde vem a poeira estelar?
Quando as estrelas morrem, elas semeiam o cosmos ao seu redor com elementos que se juntam em novas estrelas , planetas, asteróides e cometas. Quase tudo que compõe a Terra, até mesmo a própria vida, consiste de elementos feitos por estrelas anteriores, incluindo silício, carbono, nitrogênio e oxigênio. Mas esta não é toda a história. Os meteoritos comumente contêm vestígios de um tipo de poeira estelar que, até agora, acreditava-se que se formasse apenas em eventos excepcionalmente violentos e explosivos de morte estelar conhecida como novae ou supernova - muito raros para explicar a abundância preservada em meteoritos.
Pesquisadores da UA usaram radiotelescópios no Arizona e na Espanha para observar as nuvens de gás na jovem nebulosa planetária K4-47, um objeto enigmático a aproximadamente 15.000 anos-luz da Terra. Classificado como uma nebulosa, K4-47 é um remanescente estelar, que os astrônomos acreditam ter sido criado quando uma estrela não diferente de nosso sol derramou parte de seu material em uma concha de gás que descia antes de terminar sua vida como uma anã branca.
Para sua surpresa, os pesquisadores descobriram que alguns dos elementos que compõem a nebulosa - carbono, nitrogênio e oxigênio - são altamente enriquecidos com certas variantes que combinam com a abundância observada em algumas partículas de meteorito, mas são raras em nosso sistema solar: chamados isótopos pesados de carbono, nitrogênio e oxigênio, ou 13 C, 15 N e 17 O, respectivamente. Esses isótopos diferem de suas formas mais comuns, contendo um nêutron extra dentro de seu núcleo.
A fusão de um nêutron adicional em um núcleo atômico requer temperaturas extremas acima de 200 milhões de graus Fahrenheit, levando os cientistas a concluir que esses isótopos só poderiam ser formados em novas - explosões violentas de energia em sistemas estelares binários envelhecidos - e supernovas, em que uma estrela se separar em uma explosão cataclísmica.
"Os modelos que invocam apenas novas e supernovas nunca poderiam explicar as quantidades de 15 N e 17 O que observamos em amostras de meteoritos ", disse Lucy Ziurys, autora sênior do artigo, publicado na edição de 20 de dezembro da revista Nature. . "O fato de encontrarmos esses isótopos em K4-47 nos diz que não precisamos de estranhas estrelas exóticas para explicar sua origem. Acontece que as estrelas de variedade de jardim comuns também são capazes de produzi-las."
Em lugar de eventos explosivos cataclísmicos forjando isótopos pesados, a equipe sugere que eles poderiam ser produzidos quando uma estrela de tamanho médio como nosso sol se torna instável no final de sua vida e sofre um chamado flash de hélio, no qual hélio super quente dos punhos do núcleo da estrela através do envelope de hidrogênio sobreposto.
"Esse processo, durante o qual o material deve ser expelido e resfriado rapidamente, produz 13 C, 15 N e 17 O", explicou Ziurys, professor com dupla nomeação no Observatório Steward da UA e no Departamento de Química e Bioquímica. "Um flash de hélio não rasga a estrela como uma supernova. É mais como uma erupção estelar."
A 15.000 anos-luz, o objeto K4-47 é cerca de sete vezes mais distante que a nebulosa Twin Jet, tornando muito mais difícil a imagem. Baseado no que os cientistas aprenderam sobre o K4-47 até agora, ele pode ter uma estrutura similar de dois lobos que se estendem da anã branca no centro. Crédito: Sloan Digital Sky Survey
Os resultados têm implicações para a identificação de poeira estelar e a compreensão de como estrelas comuns criam elementos como oxigênio, nitrogênio e carbono, disseram os autores.
A descoberta foi possível graças a uma colaboração entre disciplinas que tradicionalmente permaneceram relativamente separadas: astronomia e cosmochemistry. A equipe usou radiotelescópios no Observatório de Rádio do Arizona e no Instituto de Radioastronomia Millimetria (IRAM) para observar os espectros rotacionais emitidos pelas moléculas na nebulosa K4-47, que revelam pistas sobre sua distribuição de massa e sua identidade.
"Quando Lucy e eu começamos a colaborar neste projeto, percebemos que poderíamos conciliar o que encontramos nos meteoritos e o que observamos no espaço", disse o co-autor do estudo, Tom Zega, professor associado de cosmociência, materiais planetários e astrobiologia no Lunar da UA. e Laboratório Planetário.
Os pesquisadores aguardam ansiosamente as descobertas que estão por vir para a missão de retorno de amostras de asteróides OSIRIS-REx da NASA, liderada pela UA. Apenas duas semanas atrás, a espaçonave chegou ao seu alvo de asteróide, Bennu, do qual irá coletar uma amostra de material intocado em 2020. Um dos principais objetivos da missão é entender a evolução de Bennu e as origens do sistema solar.
"Você pode pensar nos grãos que encontramos nos meteoritos como cinzas estelares, deixados para trás por estrelas que morreram há muito tempo quando nosso sistema solar se formou", disse Zega. "Esperamos encontrar esses grãos pré-solares em Bennu - eles são parte do quebra-cabeça da história deste asteróide, e essa pesquisa ajudará a definir de onde veio o material sobre Bennu."
"Agora podemos rastrear de onde vieram essas cinzas", acrescentou Ziurys. "É como uma arqueologia de poeira estelar".
"O estudo do hélio explosivo queimando dentro das estrelas dará início a um novo capítulo na história da origem dos elementos químicos", disse Neville "Nick" Woolf, professor emérito do Steward Observatory e quarto co-autor.
O primeiro autor do artigo é Deborah Schmidt, uma estudante de doutorado do Steward Observatory.
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