As duas estrelas em Wolf-Rayet 140 produzem conchas de poeira de oito em oito anos que parecem anéis, como se vê nesta imagem do Telescópio Espacial Webb da NASA. Cada anel foi criado quando as estrleas se aproximaram e os seus ventos estelares colidiram, comprimindo o gás e formando poeira.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, JPL-Caltech

Uma nova imagem pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA revela uma notável visão cósmica: pelo menos 17 anéis concêntricos de poeira emanando de um par de estrelas. Localizadas a pouco mais de 5000 anos-luz da Terra, as estrelas são coletivamente conhecidas como Wolf-Rayet 140.

Cada anel foi criado quando as duas estrelas se aproximaram e os seus ventos estelares (fluxos de gás que sopram para o espaço) se encontraram, comprimindo o gás e formando poeira. As órbitas das estrelas aproximam-nas cerca de uma vez em cada oito anos; tal como o crescimento dos anéis num tronco de uma árvore, os anéis de poeira assinalam a passagem do tempo.

"Estamos a olhar para mais de um século de produção de poeira neste sistema", disse Ryan Lau, astrónomo do NOIRLab da NSF (National Science Foundation) e autor principal de um novo estudo sobre o sistema, publicado na revista Nature Astronomy. "A imagem também ilustra o quão sensível é este telescópio. Antes, só podíamos ver dois anéis de poeira, utilizando telescópios terrestres. Agora vemos pelo menos 17".

Para além da sensibilidade geral do Webb, o seu instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) está unicamente qualificado para estudar os anéis de poeira - ou aquilo a que Lau e os seus colegas chamam conchas, porque são mais espessos e largos do que aparecem na imagem. Os instrumentos científicos do Webb detetam luz infravermelha, uma gama de comprimentos de onda invisíveis ao olho humano. O MIRI deteta os comprimentos de onda infravermelhos mais longos, o que significa que pode frequentemente ver objetos mais frios - incluindo os anéis de poeira - do que os outros instrumentos do Webb. O espectrómetro do MIRI também revelou a composição da poeira, formada principalmente a partir de material ejetado por um tipo de estrela conhecida como estrela Wolf-Rayet.

O MIRI foi desenvolvido através de uma parceria entre a NASA e a ESA. O JPL no sul da Califórnia liderou o esforço para a NASA, e um consórcio multinacional de institutos astronómicos europeus contribuiu para a ESA.

Uma estrela Wolf-Rayet é uma estrela de classe O, nascida com pelo menos 25 vezes mais massa do que o nosso Sol, que está perto do fim da sua vida, quando provavelmente irá colapsar e formar um buraco negro. Mais quente agora que durante a sua juventude, uma estrela Wolf-Rayet gera ventos poderosos que empurram enormes quantidades de gás para o espaço. A estrela Wolf-Rayet neste par particular pode ter vertido mais de metade da sua massa original através deste processo.

Formando poeira ao vento

A transformação de gás em poeira é um pouco como transformar farinha em pão: requer condições e ingredientes específicos. O elemento mais comum encontrado nas estrelas, o hidrogénio, não pode formar poeira por si só. Mas dado que as estrelas Wolf-Rayet libertam tanta massa, também ejetam elementos mais complexos tipicamente encontrados no interior de uma estrela, incluindo carbono. Os elementos pesados, no vento, arrefecem enquanto viajam pelo espaço e são depois comprimidos onde os ventos de ambas as estrelas se encontram, como quando duas mãos amassam a massa.

Alguns outros sistemas Wolf-Rayet formam poeira, mas nenhum é conhecido por fazer anéis como Wolf-Rayet 140. O padrão único dos anéis forma-se porque a órbita da estrela Wolf-Rayet em WR 140 é alongada, não circular. Só quando as estrelas se aproximam - mais ou menos à mesma distância entre a Terra e o Sol - e os seus ventos colidem está o gás sob pressão suficiente para formar poeira. Com órbitas circulares, os binários Wolf-Rayet podem produzir poeira continuamente.

Lau e coautores pensam que os ventos de WR 140 também varreram para longe a área circundante de material residual com o qual podiam colidir, o que pode ser a razão pela qual os anéis permanecem tão imaculados em vez de estarem manchados ou de se dispersarem. É provável que existam ainda mais anéis que se tenham tornado demasiado fracos e dispersos, que nem mesmo o Webb os consegue ver nos dados.

As estrelas Wolf-Rayet podem parecer exóticas em comparação com o nosso Sol, mas podem ter desempenhado um papel na formação estelar e planetária. Quando uma estrela Wolf-Rayet "limpa" uma área, o material varrido pode acumular-se na periferia e tornar-se denso o suficiente para a formação de novas estrelas. Há algumas evidências de que o Sol se formou num tal cenário.

Utilizando dados do modo de Espectroscopia de Resolução Média do MIRI, o novo estudo fornece as melhores evidências, até agora, de que as estrelas Wolf-Rayet produzem moléculas de poeira ricas em carbono. Além disso, a preservação das conchas de poeira indica que esta poeira pode sobreviver no ambiente hostil entre estrelas, passando a fornecer material para futuras estrelas e planetas.

O senão é que, embora os astrónomos estimem que deveriam haver pelo menos alguns milhares de estrelas Wolf-Rayet na nossa Galáxia, apenas cerca de 600 foram encontradas até à data.

"Embora as estrelas Wolf-Rayet sejam raras na nossa Galáxia porque têm vida curta no que toca às estrelas, é possível que tenham produzido muita poeira ao longo da história da Via Láctea antes de explodirem e/ou formarem buracos negros", disse Patrick Morris, astrofísico do Caltech em Pasadena, Califórnia, e coautor do novo estudo. "Penso que com o novo telescópio espacial da NASA vamos aprender muito mais sobre como estas estrelas moldam o material entre estrelas e como despoletam a formação de novas estrelas nas galáxias".

Esta ilustração mostra o tamanho relativo do Sol, no canto superior esquerdo, em comparação com as duas estrelas do sistema conhecido como Wolf-Rayet 140. A estrela de classe O tem cerca de 30 vezes a massa do Sol, enquanto a sua companheira tem cerca de 10 vezes a massa do Sol.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

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// Artigo científico (Nature Astronomy)
// Artigo científico (arXiv.org)

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