Como um ornamento redondo e brilhante, pronto a ser colocado no sítio perfeito da árvore de Natal, o remanescente de supernova Cassiopeia A (Cas A) brilha numa nova imagem do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA. No entanto, esta cena não é a proverbial noite feliz - nem tudo está calmo.

A imagem de Cas A obtida pelo instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb mostra uma explosão muito violenta com uma resolução anteriormente inalcançável nestes comprimentos de onda. Esta imagem de alta resolução revela pormenores intrincados da concha de material em expansão que embate no gás libertado pela estrela antes desta explodir.

Cas A é um dos remanescentes de supernova mais bem estudados em todo o cosmos. Ao longo dos anos, os observatórios terrestres e espaciais, incluindo o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, reuniram coletivamente uma imagem de vários comprimentos de onda dos restos esfarrapados do objeto.

No entanto, os astrónomos entraram agora numa nova era no estudo de Cas A. Em abril de 2023, o MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb deu início a esta história, revelando características novas e inesperadas no interior da concha interna do remanescente de supernova. Mas muitas dessas características são invisíveis na nova imagem do NIRCam, e os astrónomos estão a investigar a razão disso.

A luz infravermelha é invisível aos nossos olhos, pelo que os processadores de imagem e os cientistas representam estes comprimentos de onda de luz com cores visíveis. Nesta imagem mais recente de Cas A, foram atribuídas cores aos diferentes filtros do NIRCam, e cada uma dessas cores indica uma atividade diferente que ocorre no interior do objeto.

À primeira vista, a imagem do NIRCam pode parecer menos colorida do que a imagem MIRI. No entanto, isso não significa que haja menos informação: simplesmente, trata-se dos comprimentos de onda em que o material do objeto está a emitir a sua luz.

Esta imagem destaca várias características interessantes do remanescente de supernova Cassiopeia A (Cas A), tal como observada com o NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb. 1) A resolução requintada do NIRCam é capaz de detetar pequenos nós de gás, compostos por enxofre, oxigénio, árgon e néon da própria estrela. Alguns filamentos de detritos são demasiado pequenos para serem resolvidos, mesmo pelo Webb, o que significa que são comparáveis ou inferiores a 16 mil milhões de quilómetros de diâmetro (cerca de 100 unidades astronómicas). Os investigadores consideram que isto representa a forma como a estrela se estilhaçou como vidro quando explodiu; 2) Buracos circulares visíveis na imagem MIRI dentro do Monstro Verde, um laço de luz verde na cavidade interior de Cas A, são fracamente delineados por emissão branca e púrpura na imagem NIRCam - isto representa gás ionizado. Os investigadores pensam que isto se deve ao facto de os detritos da supernova empurrarem e esculpirem o gás deixado pela estrela antes desta explodir; 3) Este é um dos poucos ecos de luz visíveis na imagem do NIRCam de Cas A. Um eco de luz ocorre quando a luz da explosão da estrela há muito tempo atingiu, e está a aquecer, poeira distante, que brilha à medida que arrefece; 4) O NIRCam captou um eco de luz particularmente intrincado e grande, apelidado de Cas A Bebé pelos investigadores. Na realidade, está localizado a cerca de 170 anos-luz atrás do remanescente de supernova. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, D. Milisavljevic (Universidade Purdue), T. Temim (Universidade de Princeton), I. De Looze (Universidade de Gent)

As cores mais visíveis na mais recente imagem do Webb são os aglomerados de cor de laranja brilhante e rosa claro que constituem o invólucro interior do remanescente de supernova. A visão nítida do Webb consegue detetar os mais pequenos nós de gás, compostos por enxofre, oxigénio, árgon e néon da própria estrela. Neste gás está incorporada uma mistura de poeira e moléculas, que acabarão por ser incorporadas em novas estrelas e sistemas planetários. Alguns filamentos de detritos são demasiado pequenos para serem resolvidos, mesmo pelo Webb, o que significa que são comparáveis ou inferiores a 16 mil milhões de quilómetros de diâmetro (cerca de 100 unidades astronómicas). Em comparação, a totalidade de Cassiopeia A estende-se por 10 anos-luz, ou cerca de 9,5x10^13 quilómetros.

Quando se compara a nova imagem no infravermelho próximo de Cas A pelo Webb com a imagem no infravermelho médio, a sua cavidade interior e a camada mais exterior estão curiosamente desprovidas de cor. Os arredores da camada interior principal, que apareciam como um laranja e vermelho profundos na imagem MIRI, parecem agora o fumo de uma fogueira. Isto marca o local onde a onda de explosão da supernova está a embater no material circunstelar circundante. A poeira no material circunstelar é demasiado fria para ser detetada diretamente nos comprimentos de onda do infravermelho próximo, mas ilumina-se no infravermelho médio.

Os investigadores concluíram que a cor branca é a luz da radiação sincrotrão, que é emitida em todo o espetro eletromagnético, incluindo no infravermelho próximo. É gerada por partículas carregadas que se deslocam a velocidades extremamente elevadas e que se movimentam em espiral em torno de linhas de campo magnético. A radiação sincrotrónica é também visível nas conchas em forma de bolha na metade inferior da cavidade interna.

Igualmente invisível no infravermelho próximo, o "loop" de luz verde na cavidade central de Cas A que brilhava no infravermelho médio, apropriadamente apelidado de Monstro Verde pela equipa de investigação. Esta característica foi descrita como "difícil de compreender" pelos investigadores na altura da sua primeira observação.

Esta imagem apresenta uma comparação lado a lado do remanescente de supernova Cassiopeia A (Cas A), tal como captado pelos instrumentos NIRCam (Near-Infrared Camera) e MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA. À primeira vista, a imagem NIRCam do Webb parece menos colorida do que a imagem MIRI. Mas isto deve-se apenas ao facto do material do objeto emitir luz em muitos comprimentos de onda diferentes. A imagem NIRCam parece um pouco mais nítida do que a imagem MIRI devido à sua maior resolução. Os arredores da camada interna principal, que apareciam como um laranja e vermelho profundos na imagem MIRI, parecem fumo de uma fogueira na imagem NIRCam. Isto marca o local onde a onda de explosão da supernova está a embater no material circunstelar circundante. A poeira no material circunstelar é demasiado fria para ser detetada diretamente nos comprimentos de onda do infravermelho próximo, mas ilumina-se no infravermelho médio. Também não se vê no infravermelho próximo o laço de luz verde na cavidade central de Cas A que brilha no infravermelho médio, apelidado de Monstro Verde pela equipa de investigação. Os buracos circulares visíveis na imagem MIRI dentro do Monstro Verde, no entanto, são fracamente delineados em emissão branca e púrpura na imagem NIRCam. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, D. Milisavljevic (Universidade Purdue), T. Temim (Universidade de Princeton), I. De Looze (Universidade de Gent)

Embora o "verde" do Monstro Verde não seja visível no NIRCam, o que resta no infravermelho próximo nessa região pode dar uma ideia do misterioso fenómeno. Os buracos circulares visíveis na imagem MIRI são ligeiramente delineados por emissões brancas e púrpuras na imagem NIRCam - isto representa gás ionizado. Os investigadores pensam que isto se deve ao facto de os detritos da supernova empurrarem e esculpirem o gás deixado pela estrela antes desta explodir.

Os investigadores ficaram também absolutamente espantados com uma caraterística fascinante no canto inferior direito do campo de visão da NIRCam. Chamam a essa mancha grande e estriada Cas A Bebé - porque parece ser uma "cria" da supernova principal.

Isto é um eco de luz. A luz da explosão da estrela há muito tempo atingiu, e está a aquecer, a poeira distante, que brilha à medida que arrefece. A complexidade do padrão de poeira, e a aparente proximidade de Cas A Bebé com a própria Cas A, são particularmente intrigantes para os investigadores. Na realidade, Cas A Bebé está localizada a cerca de 170 anos-luz atrás do remanescente de supernova.

Há também vários outros ecos de luz mais pequenos espalhados pelo novo retrato do Webb.

O remanescente de supernova Cassiopeia A está localizado a 11.000 anos-luz de distância, na direção da constelação de Cassiopeia. Estima-se que tenha explodido há cerca de 340 anos, do nosso ponto de vista.

// NASA (comunicado de imprensa)
// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)

Quer saber mais?

Cassiopeia A:
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Remanescente de supernova:
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