Uma formiga espacial dispara os seus lasers

Quando as estrelas de baixo a médio peso, como o nosso Sol, se aproximam do fim das suas vidas, tornam-se, eventualmente, estrelas anãs brancas e densas. No processo, expelem as suas camadas externas de gás e poeira para o espaço, criando um caleidoscópio de padrões intricados, conhecidos como uma nebulosa planetária.

As observações do Herschel, em infravermelho, mostraram que a morte dramática da estrela central no núcleo da Nebulosa da Formiga é ainda mais teatral do que sugerido pela sua aparência colorida em imagens visíveis - como aquelas obtidas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. Conforme revelado pelos novos dados, a Nebulosa da Formiga também irradia intensa emissão de laser a partir do seu núcleo.

Embora os lasers da vida cotidiana atual possam significar efeitos visuais especiais em concertos de música, no espaço, as emissões concentradas são detetadas em diferentes comprimentos de onda sob condições específicas. Apenas alguns destes lasers infravermelhos espaciais são conhecidos.

Por coincidência, o astrónomo Donald Menzel, o primeiro que observou e classificou esta nebulosa planetária em particular, na década de 1920 (é oficialmente conhecida como Menzel 3), também foi um dos primeiros a sugerir que, em certas condições, a amplificação da luz natural por emissão estimulada de radiação - a partir do qual a sigla ‘laser’ deriva (light amplification by stimulated emission of radiation) - poderia ocorrer em nebulosas gasosas. Isto foi bem antes da descoberta e da primeira operação bem-sucedida dos lasers nos laboratórios em 1960, uma ocasião que, aliás, é celebrada anualmente a 16 de maio como o Dia Internacional da Luz.

“Quando observamos Menzel 3, vemos uma estrutura surpreendentemente intricada composta de gás ionizado, mas não podemos ver o objeto no seu centro a produzir esse padrão”, diz Isabel Aleman, principal autora de um artigo que descreve os novos resultados. “Graças à sensibilidade e ampla faixa de comprimento de onda do observatório Herschel, detetámos um tipo muito raro de emissão, denominado emissão de laser de recombinação de hidrogénio, que forneceu uma maneira de revelar a estrutura e as condições físicas da nebulosa.”

Este tipo de emissão de laser necessita de gás muito denso perto da estrela. A comparação das observações com modelos descobriu que, a densidade do gás emissor de laser é cerca de dez mil vezes maior do que a do gás visto em nebulosas planetárias típicas e nos lóbulos da própria Nebulosa da Formiga.

Normalmente, a região próxima à estrela morta - neste caso, a distância entre Saturno e o Sol - é bastante vazia, porque a maior parte do seu material é ejetada para fora. Qualquer gás remanescente cairia logo de volta nela.

“A única maneira de manter o gás perto da estrela é se este estiver a orbitar em torno dela num disco,” diz o co-autor Albert Zijlstra. “Neste caso, observamos um disco denso no centro que é visto aproximadamente na borda. Esta orientação ajuda a amplificar o sinal do laser. O disco sugere que a anã branca tem um companheiro binário, porque é difícil fazer com que o gás ejetado entre em órbita, a menos que uma estrela acompanhante o desvie na direção certa.”

Os astrónomos ainda não conseguiram observar a segunda estrela, mas acham que a massa da estrela companheira está a ser ejetada e depois capturada pela compacta estrela central da nebulosa planetária original, produzindo o disco onde a emissão do laser é produzida.

“Usámos o Herschel para caracterizar vários componentes de gás e poeira na nebulosa em torno de estrelas antigas, mas não estávamos necessariamente à procura de um fenómeno de laser,” acrescenta Toshiya Ueta, principal investigador do projeto de Pesquisa de Nebulosas Planetárias de Herschel. “Tal emissão só foi anteriormente identificada num punhado de objetos; esta foi uma descoberta notável que não antecipámos. Certamente há mais nas nebulosas estelares para além do que está à vista!”

“Este estudo sugere que a inconfundível Nebulosa da Formiga, como a vemos hoje, foi criada pela natureza complexa de um sistema estelar binário, que influencia a forma, propriedades químicas e evolução nestes estágios finais da vida de uma estrela,” diz Göran Pilbratt, Cientista do projeto Herschel da ESA.

“O Herschel ofereceu as perfeitas capacidades de observação para detetar este extraordinário laser na Nebulosa da Formiga. As descobertas ajudar-nos-ão a restringir as condições sob as quais este fenómeno ocorre e também a refinar os nossos modelos de evolução estelar. É também uma conclusão feliz o facto da missão Herschel ter sido capaz de conectar as duas descobertas de Menzel de há quase um século atrás.”

Notas para editores

“Herschel Planetary Nebula Survey (HerPlaNS): Hydrogen Recombination Laser Lines in Mz 3” by I. Aleman et al. foi aceite para publicação no  Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

O observatório espacial Herschel operou entre 2009 e 2013. 

Para mais informações é favor contactar:

Isabel Aleman
University of Sao Paulo, Brazil
Leiden Observatory, The Netherlands
Email: isabel.aleman@usp.br

Toshiya Ueta
University of Denver
Email: toshiya.ueta@du.edu

Albert Zijlstra
University of Manchester / University of Hong Kong
Email: albert.zijlstra@manchester.ac.uk

Göran Pilbratt
ESA Herschel project scientist
Email: gpilbratt@cosmos.esa.int

Markus Bauer
ESA Science Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int