A Nebulosa do Caranguejo (Messier 1 ou M1) é um exemplo próximo dos detritos deixados para trás quando uma estrela sofre uma morte violenta numa explosão de supernova. No entanto, apesar de décadas de estudo, este remanescente de supernova continua a manter um certo grau de mistério: que tipo de estrela foi responsável pela criação da Nebulosa do Caranguejo e qual foi a natureza da explosão? O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA proporcionou uma nova visão de Messier 1, incluindo os dados infravermelhos de maior qualidade já disponíveis para ajudar os cientistas a explorar a estrutura detalhada e a composição química do remanescente. Estas pistas estão a ajudar a desvendar a forma invulgar como a estrela explodiu há cerca de 1000 anos.

Uma equipa de cientistas utilizou o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA para analisar a composição da Nebulosa do Caranguejo, um remanescente de supernova situado a 6500 anos-luz de distância, na direção da constelação de Touro. Com os instrumentos MIRI (Mid-Infared Instrument) e NIRCam (Near-Infrared Camera) do telescópio, a equipa recolheu dados que estão a ajudar a clarificar a história de Messier 1.

A Nebulosa do Caranguejo é o resultado de uma supernova de colapso do núcleo, a morte de uma estrela massiva. A explosão de supernova foi observada na Terra no ano 1054 e foi suficientemente brilhante para ser vista durante o dia. O remanescente, muito mais ténue, observado hoje em dia, é uma concha em expansão de gás e poeira, e um vento alimentado por um pulsar, uma estrela de neutrões de rotação rápida e altamente magnetizada.

M1 é também muito invulgar. A sua composição atípica e a energia muito baixa da explosão levaram os astrónomos a pensar que se tratava de uma supernova de captura de eletrões - um tipo raro de explosão que surge de uma estrela com um núcleo menos evoluído feito de oxigénio, néon e magnésio, em vez de um mais típico núcleo de ferro.

Esforços de investigação anteriores calcularam a energia cinética total da explosão com base na quantidade e velocidades dos detritos atuais. Os astrónomos deduziram que a natureza da explosão foi de uma energia relativamente baixa (menos de um-décimo da de uma supernova normal) e que a massa da estrela progenitora se situava entre oito e 10 massas solares - oscilando na linha ténue entre as estrelas que sofrem uma morte violenta por supernova e as que não sofrem.

No entanto, existem inconsistências entre a teoria da supernova por captura de eletrões e as observações da Nebulosa do Caranguejo, particularmente o rápido movimento observado do pulsar. Nos últimos anos, os astrónomos também melhoraram a sua compreensão das supernovas de colapso do núcleo de ferro e agora pensam que este tipo também pode produzir explosões de baixa energia, desde que a massa estelar seja adequadamente baixa.

Para reduzir o nível de incerteza acerca da estrela progenitora da Nebulosa do Caranguejo e acerca da natureza da explosão, a equipa científica usou as capacidades espetroscópicas do Webb para se focar em duas áreas localizadas nos filamentos interiores da nebulosa.

As teorias preveem que, devido à diferente composição química do núcleo de uma supernova com captura de eletrões, o rácio da abundância de níquel em relação ao ferro (Ni/Fe) deve ser muito maior do que o rácio medido no nosso Sol (que contém estes elementos de gerações anteriores de estrelas). Estudos realizados no final da década de 1980 e início da década de 1990 mediram o rácio Ni/Fe na Nebulosa do Caranguejo usando dados óticos e no infravermelho próximo e notaram um rácio de abundância Ni/Fe elevado que parecia favorecer o cenário da supernova de captura de eletrões.

O telescópio Webb, com as suas sensíveis capacidades infravermelhas, está agora a fazer avançar a investigação de Messier 1. A equipa utilizou as capacidades espetroscópicas do MIRI para medir as linhas de emissão de níquel e ferro, resultando numa estimativa mais fiável do rácio da abundância Ni/Fe. Descobriram que o rácio ainda era elevado em comparação com o do Sol, mas apenas modestamente e muito mais baixo em comparação com estimativas anteriores.

Os valores revistos são consistentes com a captura de eletrões, mas não excluem uma explosão de colapso do núcleo de ferro de uma estrela de massa similarmente baixa (espera-se que explosões estelares altamente energéticas, com uma massa maior, produzam rácios Ni/Fe mais próximos das abundâncias solares). Será necessário mais trabalho teórico e observacional para distinguir entre estas duas possibilidades.

Para além de obter dados espetrais de duas pequenas regiões do interior da Nebulosa do Caranguejo a fim de medir o rácio de abundância, o telescópio também observou o ambiente mais amplo do remanescente para compreender os detalhes da emissão de sincrotrão e a distribuição de poeira.

As imagens e os dados recolhidos pelo MIRI permitiram à equipa isolar a emissão de poeira no interior da Nebulosa do Caranguejo e mapeá-la em alta resolução pela primeira vez. Ao mapear a emissão de poeira quente com o Webb, e até combinando-a com os dados do Observatório Espacial Herschel no que toca aos grãos de poeira mais frios, a equipa criou uma imagem completa da distribuição da poeira: os filamentos mais exteriores contêm poeira relativamente mais quente, enquanto os grãos mais frios são predominantes perto do centro.

Estas conclusões foram aceites para publicação na revista The Astrophysical Journal Letters.

As observações foram efetuadas no âmbito do programa 1714 do Webb GO (General Observer).

// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)

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