Telescópio Webb no Espaço
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O Telescópio Espacial James Webb da NASA dissecou a estrutura da Nebulosa do Caranguejo, auxiliando os astrônomos enquanto eles continuam a avaliar as principais teorias sobre as origens do remanescente da supernova. Com os dados coletados pela NIRCam (Near-Infrared Camera) e MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb, uma equipe de cientistas foi capaz de inspecionar de perto alguns dos principais componentes da Nebulosa do Caranguejo. Crédito: NASA

Novos dados revisam nossa visão dessa explosão incomum de supernova.

A Nebulosa do Caranguejo é um exemplo próximo dos detritos deixados para trás quando uma estrela sofre uma morte violenta em uma explosão de supernova. No entanto, apesar de décadas de estudo, esse remanescente de supernova continua a manter um grau de mistério: Que tipo de estrela foi responsável pela criação da Nebulosa do Caranguejo, e qual foi a natureza da explosão?

NASA‘s Telescópio Espacial James Webb forneceu uma nova visão do Caranguejo, incluindo os dados infravermelhos da mais alta qualidade já disponíveis para auxiliar cientistas enquanto eles exploram a estrutura detalhada e a composição química do remanescente. Essas pistas estão ajudando a desvendar a maneira incomum como a estrela explodiu há cerca de 1.000 anos.

Nebulosa do Caranguejo Webb
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Pela primeira vez, astrônomos mapearam a emissão de poeira quente por todo esse remanescente de supernova. Representados como material magenta fofo, os grãos de poeira formam uma estrutura em forma de gaiola que é mais aparente nas porções inferior esquerda e superior direita do remanescente. Filamentos de poeira também são enfiados por todo o interior do Caranguejo e às vezes coincidem com regiões de enxofre duplamente ionizado (enxofre III) coloridas em verde. Filamentos manchados de amarelo-branco, que formam grandes estruturas em forma de laço ao redor do centro do remanescente de supernova, representam áreas onde a poeira e o enxofre duplamente ionizado se sobrepõem.
A estrutura em forma de gaiola da poeira ajuda a restringir um pouco, mas não toda a emissão sincrotron fantasmagórica representada em azul. A emissão se assemelha a fios de fumaça, mais notáveis ​​em direção ao centro do Caranguejo. As finas fitas azuis seguem as linhas do campo magnético criadas pelo coração pulsar do Caranguejo — uma estrela de nêutrons em rápida rotação.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Tea Temim (Universidade de Princeton)

Investigando as origens da Nebulosa do Caranguejo com o Telescópio Espacial Webb

Usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA, uma equipe de cientistas analisou a composição da Nebulosa do Caranguejo, um remanescente de supernova localizado a cerca de 6.500 anos-luz de distância na constelação de Touro. Com o telescópio MEU DEUS (Instrumento de infravermelho médio) e NIRCam (Near-Infrared Camera), a equipe coletou dados que estão ajudando a esclarecer a história da Nebulosa do Caranguejo.

A Nebulosa do Caranguejo é o resultado de uma supernova de colapso do núcleo da morte de uma estrela massiva. A explosão da supernova em si foi vista na Terra em 1054 EC e era brilhante o suficiente para ser vista durante o dia. O remanescente muito mais fraco observado hoje é uma concha em expansão de gás e poeira, e vento de saída alimentado por um pulsar, uma estrela de nêutrons de rotação rápida e altamente magnetizada.

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A Nebulosa do Caranguejo também é altamente incomum. Sua composição atípica e energia de explosão muito baixa foram explicadas anteriormente por uma supernova de captura de elétrons — um tipo raro de explosão que surge de uma estrela com um núcleo menos evoluído feito de oxigênio, néon e magnésio, em vez de um núcleo de ferro mais típico.

“Agora, os dados do Webb ampliam as interpretações possíveis”, disse Tea Temim, principal autora do estudo Universidade de Princeton em Nova Jersey. “A composição do gás não requer mais uma explosão de captura de elétrons, mas também pode ser explicada por uma supernova fraca de colapso do núcleo de ferro.”

Bússola Webb da Nebulosa do Caranguejo
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Imagem da Nebulosa do Caranguejo capturada pela NIRCam e MIRI do Webb, com setas de bússola, barra de escala e legenda de cores para referência.
As setas norte e leste da bússola mostram a orientação da imagem no céu. Note que a relação entre norte e leste no céu (como visto de baixo) é invertida em relação às setas de direção em um mapa do solo (como visto de cima).
A barra de escala é rotulada em anos-luz, que é a distância que a luz viaja em um ano terrestre. (Leva 2 anos para a luz viajar uma distância igual ao comprimento da barra.) Um ano-luz é igual a cerca de 5,88 trilhões de milhas ou 9,46 trilhões de quilômetros. O campo de visão mostrado nesta imagem tem aproximadamente 10 anos-luz de diâmetro.
Esta imagem mostra comprimentos de onda de luz invisíveis no infravermelho próximo e no infravermelho médio que foram traduzidos em cores de luz visível. A chave de cores mostra quais componentes foram observados pelo NIRCam e MIRI, e qual cor de luz visível é atribuída a cada característica.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Tea Temim (Universidade de Princeton)

Estudar o presente para entender o passado

Esforços de pesquisa anteriores calcularam a energia cinética total da explosão com base na quantidade e nas velocidades dos ejetados atuais. Os astrônomos deduziram que a natureza da explosão foi de energia relativamente baixa (menos de um décimo da de uma supernova normal), e a massa da estrela progenitora estava na faixa de oito a 10 massas solares — oscilando na linha tênue entre estrelas que passam por uma morte violenta de supernova e aquelas que não passam.

No entanto, existem inconsistências entre a teoria da supernova de captura de elétrons e as observações do Caranguejo, particularmente o movimento rápido observado do pulsar. Nos últimos anos, os astrônomos também melhoraram sua compreensão das supernovas de colapso do núcleo de ferro e agora acreditam que esse tipo também pode produzir explosões de baixa energia, desde que a massa estelar seja adequadamente baixa.

Medições Webb Reconciliam Resultados Históricos

Para reduzir o nível de incerteza em torno da estrela progenitora do Caranguejo e da natureza da explosão, a equipe liderada por Temim usou as capacidades espectroscópicas do Webb para se concentrar em duas áreas localizadas dentro dos filamentos internos do Caranguejo.

Teorias preveem que, devido à composição química diferente do núcleo em uma supernova de captura de elétrons, a proporção de abundância de níquel para ferro (Ni/Fe) deve ser muito maior do que a proporção medida em nosso Sol (que contém esses elementos de gerações anteriores de estrelas). Estudos no final dos anos 1980 e início dos anos 1990 mediram a proporção de Ni/Fe dentro do Caranguejo usando dados ópticos e infravermelhos próximos e notaram uma alta proporção de abundância de Ni/Fe que parecia favorecer o cenário de supernova de captura de elétrons.

O telescópio Webb, com suas capacidades sensíveis de infravermelho, agora está avançando na pesquisa da Nebulosa do Caranguejo. A equipe usou as habilidades espectroscópicas do MIRI para medir as linhas de emissão de níquel e ferro, resultando em uma estimativa mais confiável da razão de abundância de Ni/Fe. Eles descobriram que a razão ainda era elevada em comparação com o Sol, mas apenas modestamente e muito menor em comparação com estimativas anteriores.

Os valores revisados ​​são consistentes com a captura de elétrons, mas não descartam uma explosão de colapso do núcleo de ferro de uma estrela de massa similarmente baixa. (Espera-se que explosões de energia mais alta de estrelas de massa mais alta produzam proporções mais próximas das abundâncias solares.) Mais trabalho observacional e teórico será necessário para distinguir entre essas duas possibilidades.

“Atualmente, os dados espectrais de Webb cobrem duas pequenas regiões do Caranguejo, então é importante estudar muito mais do remanescente e identificar quaisquer variações espaciais”, disse Martin Laming do Laboratório de Pesquisa Naval em Washington e coautor do artigo. “Seria interessante ver se poderíamos identificar linhas de emissão de outros elementos, como cobalto ou germânio.”

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Mapeando o estado atual do caranguejo

Além de extrair dados espectrais de duas pequenas regiões do interior da Nebulosa do Caranguejo para medir a taxa de abundância, o telescópio também observou o ambiente mais amplo do remanescente para entender detalhes da emissão síncrotron e da distribuição de poeira.

As imagens e dados coletados pelo MIRI permitiram que a equipe isolasse a emissão de poeira dentro do Caranguejo e a mapeasse em alta resolução pela primeira vez. Ao mapear a emissão de poeira quente com Webb, e até mesmo combiná-la com os dados do Observatório Espacial Herschel sobre grãos de poeira mais frios, a equipe criou uma imagem bem arredondada da distribuição de poeira: os filamentos mais externos contêm poeira relativamente mais quente, enquanto grãos mais frios são predominantes perto do centro.

“Onde a poeira é vista no Caranguejo é interessante porque difere de outros remanescentes de supernova, como Cassiopeia A e Supernova 1987A”, disse Nathan Smith do Observatório Steward na Universidade do Arizona e coautor do artigo. “Nesses objetos, a poeira está bem no centro. No Caranguejo, a poeira é encontrada nos filamentos densos da camada externa. A Nebulosa do Caranguejo faz jus a uma tradição em astronomia: os objetos mais próximos, mais brilhantes e mais bem estudados tendem a ser bizarros.”

Estas descobertas foram publicadas em O Cartas de revistas astrofísicas.

Referência: “Dissecting the Crab Nebula with JWST: Pulsar Wind, Dusty Filaments, and Ni/Fe Abundance Constraints on the Explosion Mechanism” por Tea Temim, J. Martin Laming, PJ Kavanagh, Nathan Smith, Patrick Slane, William P. Blair, Ilse De Looze, Niccolò Bucciantini, Anders Jerkstrand, Nicole Marcelina Gountanis, Ravi Sankrit, Dan Milisavljevic, Armin Rest, Maxim Lyutikov, Joseph DePasquale, Thomas Martin, Laurent Drissen, John Raymond, Ori D. Fox, Maryam Modjaz, Anatoly Spitkovsky e Louis-Gregory Strolger, 13 de junho de 2024, Cartas do Jornal Astrofísico.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad50d1

As observações foram feitas como parte do programa Observador Geral 1714.

O Telescópio Espacial James Webb (JWST) é um observatório espacial avançado lançado em 25 de dezembro de 2021. Ele serve como sucessor científico do telescópio espacial Hubble. Equipado com um grande espelho primário de 6,5 metros e instrumentos especializados, o JWST opera principalmente no espectro infravermelho, permitindo-lhe olhar mais para trás no tempo e observar as primeiras galáxias que se formaram após a Big Bang. Posicionado no segundo ponto de Lagrange (L2), a cerca de 1,5 milhão de quilômetros da Terra, ele oferece resolução e sensibilidade sem precedentes, permitindo que os cientistas estudem todas as fases da história cósmica.



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Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.