Crédito de imagem: Hubble
Um novo artigo publicado na revista Nature ajuda a resolver um mistério de longa data sobre algumas das primeiras partículas sólidas do Universo. O pó quente havia sido encontrado no passado, mas o pó mais frio era praticamente invisível - até agora. Parece que as supernovas são extremamente eficientes na produção da poeira que mais tarde forma planetas, rochas e pessoas.
Acabamos de descobrir que algumas supernovas têm maus hábitos - lançam enormes quantidades de fumaça, conhecidas como poeira cósmica. Isso resolve um mistério de longa data sobre a origem da poeira cósmica e sugere que as supernovas, que são estrelas em explosão, foram responsáveis por produzir as primeiras partículas sólidas do Universo.
Os principais suspeitos
Supernovas são as violentas explosões de estrelas que ocorrem no final de suas vidas. Eles ocorrem a cada 50 anos ou mais em nossa galáxia e existem dois tipos principais - Tipo Ia e II. Tipo II são as explosões de estrelas muito massivas com massa superior a 8 vezes a massa do Sol (Msun). Essas estrelas são 'viva rápido - morra jovem' usando seu hidrogênio e combustível de hélio em apenas alguns milhões de anos, milhares de vezes mais rápido que o Sol queima o combustível. Quando o suprimento de combustível se esgota, a estrela precisa queimar elementos cada vez mais pesados até que, finalmente, quando não pode mais se manter viva, as partes internas da estrela entram em colapso para formar uma estrela de nêutrons ou um buraco negro, e as partes externas são arremessadas. no cataclismo chamamos de supernova. A enorme explosão varre o gás circundante em uma concha que brilha nos comprimentos de onda de raios-X, ópticos e de rádio e envia ondas de choque através da galáxia. As supernovas liberam mais energia em um único instante do que o Sol produzirá em toda a sua vida. Se a estrela massiva mais próxima, Betelgeuse, na constelação de Órion, fosse supernova, seria (por pouco tempo) mais brilhante que a lua cheia.
A tela de fumaça cósmica
A poeira interestelar consiste em pequenas partículas de material sólido flutuando no espaço entre as estrelas - com tamanhos tipicamente os da fumaça do cigarro. Não é o mesmo que o pó que limpamos em nossas casas e, de fato, a Terra é um gigantesco pedaço de pó cósmico! É responsável por bloquear cerca de metade de toda a luz emitida pelas estrelas e galáxias e afeta profundamente nossa visão do Universo. Essa nuvem 'empoeirada' tem um revestimento prateado, pois os astrônomos podem 'ver' a poeira que irradia a luz das estrelas roubada usando câmeras especiais projetadas para trabalhar com comprimentos de onda mais longos, no infravermelho (IR: 10 - 100 mícrons) e no submilímetro ( sub-mm: 0,3-1 mm) parte do espectro eletromagnético. Uma dessas câmeras se chama SCUBA e está localizada no telescópio James Clerk Maxwell, no Havaí. O SCUBA é um instrumento construído no Reino Unido que detecta ondas de luz em comprimentos de onda inferiores a mm e é capaz de ver a poeira exatamente onde as estrelas e galáxias mais distantes são encontradas.
Dusty Beginnings
Observações recentes com o SCUBA mostraram que existe uma enorme quantidade de poeira nas galáxias e quasares quando o Universo tinha apenas 1/10 da sua idade atual, muito antes da formação do sistema solar e da Terra. A presença de toda essa poeira no universo distante tem um grande impacto no que os astrônomos são capazes de ver com seus telescópios ópticos gigantes, pois limita a quantidade de luz das estrelas que pode escapar de uma galáxia distante e ser vista na Terra.
O fato de haver tantas partículas sólidas no Universo tão cedo foi uma grande surpresa para os astrônomos, pois eles acreditavam que a poeira era formada principalmente por ventos frios de estrelas gigantes vermelhas perto do fim de suas vidas. Como leva muito tempo para a estrela atingir esse estágio de sua evolução (o Sol levará cerca de 9 bilhões de anos), simplesmente não houve tempo suficiente para que tanta poeira fosse produzida dessa maneira.
‘A poeira foi varrida para debaixo do tapete cósmico - há anos os astrônomos a tratam como um incômodo por causa da maneira como oculta a luz das estrelas. Mas então descobrimos que há poeira bem na borda do Universo, nas primeiras estrelas e galáxias, e percebemos que éramos ignorantes até de sua origem básica ', explicou o Dr. Dunne.
As supernovas também produzem grandes quantidades de elementos pesados, como carbono e oxigênio, e as jogam no espaço interestelar. Esses são os elementos que compõem nosso corpo e, uma vez que também são os elementos que compõem os grãos de poeira, as supernovas são há muito o principal suspeito do mistério da origem da poeira cósmica. Como são necessários apenas alguns milhões de anos para que as estrelas mais massivas cheguem ao fim da vida e explodam como supernovas, elas poderiam fazer poeira com rapidez suficiente para explicar o que é visto no início do Universo. No entanto, até o trabalho dessa equipe, apenas pequenas quantidades de poeira foram encontradas nas supernovas - deixando os astrônomos com uma arma de fumaça, mas sem "fumaça"
Haley Morgan, estudante de doutorado em Cardiff, disse que "se as supernovas fossem 'fábricas' eficientes de pó", cada uma produziria mais do que a massa do Sol em pó ".
"À medida que as estrelas massivas evoluem para se tornar supernovas em um piscar de olhos para os padrões astronômicos, elas podem facilmente explicar por que o Universo primitivo parece tão empoeirado."
Supernova Sleuths
A equipe de Cardiff e Edimburgo usou o SCUBA para procurar a emissão de poeira nos restos de uma supernova recente. Cassiopeia A é o remanescente de uma supernova que aconteceu cerca de 320 anos atrás. Está localizado na constelação de Cassiopeia, a 11.000 anos-luz da Terra e tem cerca de 10 anos-luz de diâmetro. O Cas A é a fonte de rádio mais brilhante do céu, por isso é bem estudado em muitos comprimentos de onda, do óptico ao raio-X. As imagens abaixo mostram Cas A nos raios X, óptico, infravermelho e rádio. Os raios X seguem o gás realmente quente (10 milhões de graus Kelvin), e os outros comprimentos de onda traçam o material a: 10 mil graus (óptico), poeira quente a 100 K (IR) e elétrons de alta energia (rádio).
Embora os astrônomos estivessem procurando poeira nos remanescentes de supernovas há décadas, eles usavam instrumentos que só podiam detectar poeira bastante quente, como na imagem infravermelha ISO acima. O MERGULHADOR tem a vantagem aqui, pois é capaz de ver poeira muito fria e isso ocorre porque funciona com comprimentos de onda menores que 1 mm.
'Da mesma forma que você só pode ver um pôquer de ferro brilhando quando está em um incêndio, você só pode ver poeira com câmeras infravermelhas quando está mais quente do que cerca de 25 Kelvin, mas o SCUBA pode vê-lo quando está mais frio também' explicou o Dr. Steve Eales, Leitor de Astrofísica da Universidade de Cardiff.
Cold Hard Evidence
O SCUBA encontrou uma grande quantidade de poeira no remanescente Cas A, 1-4 vezes mais que a massa do Sol! Isso é 1.000 vezes mais do que o visto anteriormente. Isso significa que o Cas A foi muito eficiente na criação de poeira a partir dos elementos disponíveis. A temperatura da poeira é muito baixa, apenas 18 Kelvin (-257 graus Celsius), e essa é a razão pela qual nunca havia sido vista antes. Abaixo estão as duas imagens sub-mm de Cas A a 850 e 450 mícrons tiradas com o SCUBA. Você pode ver que a imagem da esquerda se parece um pouco com a do rádio acima, e isso ocorre porque os elétrons de alta energia que fazem a imagem do rádio também emitem parte de sua energia em comprimentos de onda ligeiramente mais curtos - contaminando a emissão submm em 850microns. A imagem do meio está em 450 mícrons, onde a contaminação é muito menor e, portanto, a maior parte dessa emissão é de poeira fria. Se removermos a contaminação, obtemos uma imagem diferente (à direita). Toda a poeira é vista na metade inferior do restante e as duas imagens sub-mm agora parecem muito mais semelhantes!
850 mícrons sem contaminação por rádio
"O quebra-cabeça é como a poeira pode permanecer tão fria quando sabemos que há gás a mais de um milhão de graus presente na radiação de raios X que ela emite", comentou o professor Mike Edmunds, diretor da Escola de Física e Astronomia da Universidade de São Paulo. Cardiff.
A poeira também possui propriedades diferentes do tipo 'cotidiano' na Via Láctea e em outras galáxias - é melhor 'brilhar' no submundo, talvez porque ainda seja muito jovem e relativamente intocada. Se todas as supernovas fossem eficientes em produzir poeira, elas seriam as maiores "fábricas" de poeira na galáxia. As supernovas para fumar fornecem uma solução para o mistério das enormes quantidades de poeira vistas no início do Universo.
"Essas observações nos dão uma visão tentadora de como as primeiras partículas sólidas do Universo foram criadas", disse Haley Morgan.
Fonte original: Comunicado de imprensa da Universidade de Cardiff
