O espetacular local de nascimento de estranhas moléculas de carbono conhecidas como “fulerenos” veio à tona em novas imagens de uma nebulosa obtidas pelo Telescópio Espacial James Webb. A nuvem de gás inclui um ponto de interrogação invertido, que marca uma estrutura que os cientistas ainda não entendem.
O Telescópio Espacial James Webb (JWST) examinou 10.000 anos-luz no espaço para rastrear a origem das fulerenos, que são moléculas grandes e ocas que lembram uma bola de futebol. A nuvem de gás fotografada pelo observatório, conhecida como Tc1, veio de uma estrela moribunda, no constelação Ara (latim para “alterar”) no hemisfério sul.
Cami também liderou a equipe que encontrou pela primeira vez fulerenos cósmicos em 2010, uma descoberta notável o suficiente para ser publicada na revista Ciência. Esse estudo foi conduzido usando o software da NASA Telescópio Espacial Spitzer que, como o JWST, observado em comprimentos de onda infravermelhos.
Mas a missão do Spitzer terminou em 2020. O JWST, que tem um espelho maior e está mais longe da Terra, agora pode continuar de onde o Spitzer parou e ampliar os detalhes.
Ingredientes da vida
Buckyballs são mais conhecidos pelo seu nome químico, buckminsterfulereno. Esta forma de carbono recebeu o nome de Buckminster Fuller, um futurista espacial e arquiteto conhecido por seu trabalho em estruturas hemisféricas chamadas cúpulas geodésicas. As Buckyballs lembram um pouco as cúpulas, e foi por isso que receberam esse nome em um artigo de 1985 liderado por Harry Kroto, da Universidade de Sussex. Alguns membros da equipe, incluindo Kroto, ganharam mais tarde o Prêmio Nobel de Química de 1996 com base no artigo. Décadas mais tarde, porém, a história da origem destas esferas de carbono permanece enigmático.
Buckyballs são importantes como um tipo de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), que são uma classe de compostos orgânicos – essencialmente, ingredientes da vida. Cada um desses PAHs possui “assinaturas” ou espectros de luz únicos, embora compartilhem propriedades porque fazem parte da mesma família, disse Cami.
“Estamos agora em uma situação em que podemos realmente ver, especialmente dentro deste objeto, como essas fulerenos mudam em função das mudanças na temperatura, densidade e campo de radiação”, disse Cami ao Space.com. Os insights desta descoberta podem fornecer informações sobre como as moléculas orgânicas se formam e evoluem.
“Nós os encontramos (fulerenos) em muitos outros objetos, de tipos muito diferentes”, disse Cami. “Não são apenas estrelas moribundas. Também as encontramos em estrelas jovens. Nós as vemos em nuvens interestelares. Em regiões de formação estelar. Também as encontramos em meteoritos. Portanto, vemos-nas essencialmente em todo o lado… mas não as vemos com muita frequência. E isso é um pouco do mistério.”
Como o sol vai morrer
A nuvem de gás observada pelo JWST, conhecida como Tc 1, inclui uma estrela semelhante em tamanho ao nosso Sol – mas muito mais antiga. A estrela não tem mais combustível para queimar e lançou camadas de gás e poeira em uma série de conchas, explodindo no espaço. O que resta é um núcleo brilhante, conhecido como anã brancaque envia radiação que faz com que as conchas de gás brilhem.
Foi perto desta estrela que a equipe de Cami avistou fulerenos pela primeira vez em 2010, e havia muitos motivos para revisitar. O JWST não só tem uma resolução mais alta, permitindo detalhes muito mais precisos nas observações, mas nos anos seguintes, poucas outras “nebulosas planetárias” como Tc 1 (o apelido tem a ver com a forma do gás, não com planetas) foram encontradas com fulerenos.
“Em várias centenas de nebulosas planetárias, nós as encontramos em um punhado. Talvez 10 no máximo. E por que nessas 10 e não nas outras, ainda não sabemos”, disse Cami.
Os cientistas estão planejando uma análise detalhada do Tc 1, já que a análise está apenas começando, para descobrir se os fulerenos se formaram nesta região de maneira semelhante à forma como se formam em Terra. (Cami disse que a formação dos fulerenos terrestres é um pouco obscura, embora tenda a envolver grandes quantidades de carbono, baixo oxigênio e altas temperaturas.)
A equipe também quer saber por que os fulerenos cósmicos estão emitindo comprimentos de onda infravermelhos de uma forma não prevista pelos modelos de como a radiação ultravioleta é absorvida.
“Nenhum dos nossos modelos prevê corretamente qual seria a emissão correta, e isso nos diz que há algo sobre esses processos que ainda não descobrimos totalmente. Talvez estejam faltando alguns processos. Talvez nossos experimentos de laboratório para alguns dos parâmetros que precisamos não sejam tão precisos quanto precisamos que sejam”, disse Cami.
Caixa em uma caixa
Um primeiro passo é mapear onde os fulerenos estão localizados. Morgan Giese, candidato a doutorado em física e astronomia na Western, descobriu que os fulerenos estão principalmente cercando a anã branca em sua própria concha. Em um declaraçãoGiese chamou a forma de “fulerenos dispostos como uma fulereno gigante” e acrescentou que o motivo pelo qual isso está acontecendo é um mistério.
Outros detalhes serão divulgados em breve a partir da imagem do JWST, que foi obtida com o instrumento infravermelho médio do telescópio ou MIRI. O professor de ciências da Escola Secundária Saunders, K. Beecroft, processou a imagem, disse Cami; eles se conheceram por meio de eventos escolares na Western e também se conectaram por meio do programa de observatório da universidade.
“Ela é uma astrônoma amadora… Fiquei muito impressionado com suas imagens, então perguntei se ela estava interessada em fazer isso. Em apenas algumas horas, ela me enviou esta imagem. Eu estava tipo, ‘Caramba.’”
Além de rastrear os filamentos de gás, o telescópio detectou detalhes espectroscópicos que serão divulgados em breve numa série de artigos científicos. Um dos jornais falará sobre o mistério da emissão infravermelha, disse Cami, com os detalhes disponíveis assim que o embargo for suspenso.
“Na verdade, estamos analisando quais são os processos físicos que essencialmente fazem com que as fulerenos emitam infravermelho. Descobrimos que há mais alguns processos em jogo do que pensávamos antes”, disse ele.
De forma mais geral, as observações não mostram apenas o local de nascimento dos fulerenos, mas também o que acontece ao ambiente quando uma estrela moribunda entra em colapso: isso seria a temperatura da nebulosa, os componentes químicos, a densidade e os movimentos do gás. Os cientistas consideram esta a primeira visão detalhada de uma nebulosa planetária e esperam levar os seus conhecimentos a nebulosas semelhantes noutros locais.
A equipe de Cami ganhou mais tempo no JWST para observar duas outras nebulosas planetárias no outono, que também têm muitos fulerenos visíveis em seu espectro. “O que há de diferente nesses objetos é essencialmente que o campo de radiação é muito diferente. Então escolhemos aqueles para ver, para realmente estudar, qual é o impacto do campo de radiação”, disse Cami.
A equipe sugere que a fotoquímica e a fotofísica – química e física impulsionadas pelas emissões de luz – provavelmente influenciam a forma como esses ambientes são moldados, mas entender exatamente como exigirá mais estudos.
