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Explicada forma complexa das nebulosas planetárias

Explicada forma complexa das nebulosas planetárias
A nebulosa planetária Fleming 1, na constelação do Centauro, consiste em uma nuvem brilhante de gás em torno de um par de estrelas anãs brancas. Os movimentos orbitais desse sistema binário explicam de forma perfeita as estruturas simétricas dos jatos existentes nas nuvens de gás circundantes, neste e em outros objetos similares. [Imagem: ESO/H. Boffin]

Nebulosas planetárias sem planetas

Astrônomos descobriram um par de estrelas que orbitam em torno uma da outra no centro de um dos mais fantásticos exemplos de nebulosas planetárias.

O achado confirma uma teoria há muito debatida sobre o que controla a aparência espetacular e simétrica do material que é lançado no espaço.

As nebulosas planetárias são conchas brilhantes de gás que se situam em volta de anãs brancas - estrelas do tipo do Sol nas fases finais das suas vidas.

Apesar do nome, as nebulosas planetárias não têm nada a ver com planetas. O nome surgiu no século XVIII porque alguns destes objetos se pareciam com discos de planetas distantes, quando observados através de pequenos telescópios.

Nebulosa Fleming 1

A nebulosa Fleming 1 é um belo exemplo desses corpos celestes, apresentando jatos extraordinariamente simétricos, entrelaçados em padrões curvos e nodosos.

Os jatos consistem em gás que se desloca muito rapidamente para o exterior, ejetado pelas regiões centrais das nebulosas planetárias. Frequentemente eles são colimados, isto é, o material desloca-se em faixas paralelas - o que significa que se espalham muito pouco à medida que se propagam no espaço.

Ela está situada na constelação austral do Centauro e foi descoberta há cerca de um século atrás por Williamina Fleming, uma antiga governanta contratada pelo Observatório de Harvard, depois de ter mostrado aptidão para a astronomia.

Os astrônomos debatem há muito tempo como é que estes jatos simétricos podem ser criados, sem nunca chegar a um consenso.

Jatos cósmicos

Agora, uma equipe de investigação liderada por Henri Boffin (ESO, Chile) combinou observações de Fleming 1 do VLT (Very Large Telescope) com modelos de computador existentes, para explicar pela primeira vez em pormenor como é que estes estranhos jatos se formam.

A equipe utilizou o VLT do ESO para estudar a radiação emitida pela estrela central e descobriu que a Fleming 1 tem provavelmente não uma, mas duas anãs brancas no seu centro, orbitando em torno uma da outra a cada 1,2 dia.

Embora estrelas binárias tenham já sido encontradas anteriormente no coração de nebulosas planetárias, o certo é que os sistemas com duas anãs brancas orbitando uma em torno da outra são muito raros.

"A origem das belas e complicadas formas da Fleming 1, e objetos semelhantes, tem gerado muita controvérsia ao longo de décadas," disse Henri Boffin. "Os astrônomos já tinham sugerido uma estrela binária, mas pensou-se sempre que, sendo esse o caso, o par estaria bem separado, com um período orbital de dezenas de anos ou ainda mais longo. Graças aos nossos modelos e observações, que nos permitiram examinar este sistema incomum com muito detalhe e vasculhar até o interior do coração da nebulosa, descobrimos que as estrelas do par se encontram vários milhares de vezes mais próximas entre si."

Quando uma estrela com massa de até oito vezes a massa do Sol se aproxima do final da sua vida, ela ejeta as suas camadas exteriores, começando assim a perder massa. Este fenômeno permite que o núcleo interior quente da estrela emita radiação intensamente, o que faz com que o casulo de gás que se desloca para o exterior brilhe fortemente sob a forma de nebulosa planetária.

Explicada forma complexa das nebulosas planetárias
Esta concepção artística mostra como duas estrelas no centro de uma nebulosa planetária como a Fleming 1 podem controlar a criação dos espetaculares jatos de material ejetado do objeto. [Imagem: ESO/L. Calçada]

Estrutura simétrica

Embora as estrelas sejam esféricas, muitas das nebulosas planetárias são curiosamente complexas, com nodos, filamentos e jatos intensos de material que formam padrões intrincados.

Algumas das nebulosas mais espetaculares - como a Fleming 1 - mostram estruturas simétricas com pontas. No caso desta nebulosa, temos a sensação de que a matéria é ejetada a partir de ambos os pólos da região central em correntes em formas em S.

Este novo estudo mostra que estes padrões na Fleming 1 são o resultado da interação próxima entre o par de estrelas - um surpreendente canto do cisne de um par estelar. Cada parte da nebulosa tem um gêmeo exato, à mesma distância da estrela mas em direções opostas - uma espécie de simetria como a que é vista nos naipes das cartas de um baralho.

"Este é o estudo mais completo feito para uma estrela central binária, onde as simulações predizem corretamente qual a forma da nebulosa circundante, de um modo verdadeiramente espetacular," explica o coautor Brent Miszalski, do SAAO e SALT (África do Sul).

O par de estrelas no centro desta nebulosa torna-se indispensável para explicar a estrutura observada.

Disco de acreção

À medida que as estrelas envelhecem, elas se expandem e, durante algum tempo, uma atua como uma estrela vampira, sugando a matéria da sua companheira. Por isso, essa matéria circula na direção da estrela vampira, circundando-a em forma de disco, o chamado disco de acreção.

Tal disco é formado quando a corrente de matéria que escapa da estrela ultrapassa um certo limite, conhecido como o lóbulo de Roche. No interior deste lóbulo, toda a matéria está confinada à sua estrela hospedeira por efeito da gravidade, não podendo por isso escapar. Quando o lóbulo se enche e a fronteira é ultrapassada, a massa afasta-se da estrela, transferindo-se para um corpo próximo, por exemplo, a estrela secundária de um sistema binário, formando deste modo um disco de acreção.

À medida que as duas estrelas orbitam em torno uma da outra, ambas interagem com o disco, fazendo com que este se comporte como um pião rodando de forma desengonçada - um tipo de movimento chamado precessão.

Este movimento afeta o comportamento de qualquer material que tenha sido ejetado a partir dos pólos do sistema, tal como os jatos que se deslocam para o exterior.

Este estudo confirma assim que discos de acreção em movimento de precessão existentes no interior de sistemas binários provocam padrões simétricos extraordinários em torno de nebulosas planetárias como a Fleming 1.

As imagens profundas do VLT levaram também à descoberta de um anel de matéria no interior da nebulosa. Sabe-se que tal anel de matéria existe noutras famílias de sistemas binários, parecendo ser uma assinatura da presença de um par estelar.

"Os nossos resultados confirmam de modo consistente o papel desempenhado pela interação entre pares de estrelas, no sentido de darem forma, ou até formarem, as nebulosas planetárias," conclui Boffin.

Governanta gênio

A nebulosa Fleming 1 tem o nome da astrônoma escocesa Williamina Fleming, que descobriu este objeto em 1910.

Trabalhando inicialmente como governanta do diretor do Observatório de Harvard, na década de 1880, Fleming foi posteriormente contratada para processar dados astronômicos no observatório, como uma das "Computadoras de Harvard", um grupo de trabalhadoras superdotadas em cálculos matemáticos e trabalho administrativo.

Fleming descobriu - e foi reconhecida pelas descobertas - diversos objetos astronômicos, incluindo 59 nebulosas gasosas, mais de 310 estrelas variáveis e 10 novas.

Este objeto tem também outros nomes em outros catálogos, como por exemplo PN G290.5+07.9, ESO 170-6 e Hen 2-66.

Bibliografia:

An Interacting Binary System Powers Precessing Outflows of an Evolved Star
Henri M. J. Boffin, Brent Miszalski, Thomas Rauch, David Jones, Romano L. M. Corradi, Ralf Napiwotzki, Avril C. Day-Jones, Joachim Köppen
Science
Vol.: 338 no. 6108 pp. 773-775
DOI: 10.1126/science.1225386




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