O espetacular local de nascimento de estranhas moléculas de carbono conhecidas como “fulerenos” foi revelado em novas imagens da nebulosa obtidas pelo Telescópio Espacial James Webb. A nuvem de gás inclui um ponto de interrogação invertido, marcando uma estrutura que os cientistas ainda não entendem.
esse Telescópio Espacial James Webb (JWST) Observe 10.000 anos-luz no espaço para traçar as origens das fulerenos, moléculas grandes e ocas semelhantes a bolas de futebol. A nuvem de gás conhecida como Tc1 capturada pelo observatório vem de uma estrela moribunda localizada em Constelação de Alá (latim para “mudança”) no Hemisfério Sul.
Kami também liderou uma equipe que descobriu fulerenos cósmicos pela primeira vez em 2010, uma descoberta que foi suficiente para ser publicada na revista ciência. Esta pesquisa foi conduzida usando a NASA Telescópio Espacial Spitzer Assim como o JWST, é observado em comprimentos de onda infravermelhos.
Mas a missão do Spitzer terminou em 2020. Com um espelho maior e uma distância maior da Terra, o JWST agora pode continuar de onde o Spitzer parou e ampliar os detalhes.
ingredientes da vida
Um nome mais apropriado para fulerenos é seu nome químico, buckminsterfulereno. Esta forma de carbono recebeu o nome de Buckminster Fuller, um futurista espacial e arquiteto conhecido por seu trabalho em estruturas hemisféricas chamadas cúpulas geodésicas. As Buckyballs lembram um pouco cúpulas, e é por isso que receberam o nome de um artigo de 1985 liderado por Harry Kroto, da Universidade de Sussex. Vários membros da equipe, incluindo Croteau, ganharam mais tarde o Prêmio Nobel de Química de 1996 por este artigo. Mas décadas depois, a história da origem destas bolas de carbono ainda é um mistério.
Buckyballs, como um importante hidrocarboneto aromático policíclico (PAH), são uma classe de compostos orgânicos – essencialmente, ingredientes da vida. Cada um desses PAHs tem uma “assinatura” ou espectro único, embora tenham as mesmas propriedades porque pertencem à mesma família, disse Kami.
“Estamos agora em uma situação em que podemos realmente ver, especificamente neste objeto, como essas fulerenos mudam conforme a temperatura, a densidade e os campos de radiação mudam”, disse Kami ao Space.com. A descoberta pode fornecer informações sobre como as moléculas orgânicas se formam e evoluem.
“Estamos encontrando-os (Buckyballs) em mais tipos diferentes de objetos”, disse Kami. “Não são apenas estrelas moribundas. Estamos a encontrá-las em estrelas jovens. Estamos a vê-las em nuvens interestelares. Em regiões de formação estelar. Também as estamos a encontrar em meteoritos. Por isso, vemos-nas basicamente em todo o lado… mas não as vemos com muita frequência. É um pouco misterioso.”
Como o sol morrerá?
A nuvem de gás observada pelo JWST, conhecida como Tc 1, contém uma estrela semelhante em tamanho ao Sol, mas muito mais antiga. A estrela não tem mais combustível para queimar e libera camadas de gás e poeira em uma série de conchas que são ejetadas para o espaço. O que resta é um núcleo brilhante chamado anã brancaa radiação que ele emite faz com que a camada de gás brilhe.
Foi perto desta estrela que a equipe de Kami descobriu Buckyballs pela primeira vez em 2010, então há muitos motivos para visitá-la novamente. Não só o JWST tinha resolução mais alta, permitindo detalhes mais sutis nas observações, mas nos anos que se seguiram, poucas fulerenos foram usadas para descobrir “nebulosas planetárias” como Tc 1 (o apelido tem a ver com a forma do gás, não dos planetas).
“Entre centenas de nebulosas planetárias, nós as encontramos em números muito pequenos. Talvez 10 no máximo. Por que estava nessas 10 e não em outras, ainda não sabemos”, disse Kami.
Como a análise apenas começou, os cientistas estão planejando realizar um estudo detalhado do Tc 1 para determinar se os fulerenos se formam nesta região da mesma forma que em Terra. (A forma como as fulerenos terrestres se formam é um pouco confusa, diz Kami, embora tenda a envolver muito carbono, baixo oxigênio e altas temperaturas.)
A equipe também queria saber por que os fulerenos cósmicos emitem comprimentos de onda infravermelhos de maneiras que não podem ser previstas pelos modelos de absorção ultravioleta.
“Nenhum dos nossos modelos está realmente prevendo corretamente as emissões corretas, o que nos diz que há algo sobre esses processos que ainda não entendemos muito bem”, disse Kami. “Talvez estejamos faltando alguns processos. Talvez os experimentos em nosso laboratório para alguns dos parâmetros que precisamos não sejam tão precisos quanto precisamos.”
caixa dentro da caixa
O primeiro passo é desenhar a localização da buckyball. Morgan Gies, doutorando em física e astronomia na Western University, descobriu que Buckyballs circundam grande parte da camada externa da anã branca. em um declaraçãoGies chama a forma de “fulerenos dispostos como um fulereno gigante”, acrescentando que o motivo pelo qual isso acontece é um mistério.
Detalhes adicionais da imagem JWST, obtida com o instrumento Mid-Infrared do telescópio, ou MIRI, serão divulgados em breve. K. Beecroft, professor de ciências na Saunders Middle School, trabalhou na imagem; eles se conheceram por meio de atividades escolares na Universidade de Western Ontario e se conectaram por meio do programa de observatório da universidade, disse Cammy.
“Ela era uma astrônoma amadora… Fiquei tão impressionado com suas imagens que perguntei se ela estaria interessada em fazer isso. Em apenas algumas horas, ela me enviou esta imagem.
Além de rastrear filamentos de gás, o telescópio também descobriu detalhes espectrais que serão publicados em breve numa série de artigos científicos. Um dos artigos discutirá o mistério das emissões infravermelhas e os detalhes serão divulgados após o levantamento do embargo, disse Kami.
“Na verdade, estamos analisando quais são os processos físicos que fazem com que os fulerenos emitam luz infravermelha. O que estamos descobrindo é que existem mais alguns processos em ação do que pensávamos anteriormente”, disse ele.
De forma mais geral, estas observações não só mostram onde nascem os fulerenos, mas também o que acontece ao ambiente quando uma estrela moribunda colapsa: esta será a temperatura, a composição química, a densidade e os movimentos do gás da nebulosa. Os cientistas dizem que esta é a primeira visão detalhada de uma nebulosa planetária e esperam levar os seus conhecimentos a nebulosas semelhantes noutros locais.
A equipe de Kami teve mais tempo no outono para observar duas outras nebulosas planetárias no JWST, que também tinham muitos fulerenos visíveis em seus espectros. “A diferença entre estes objetos é essencialmente que os campos de radiação são muito diferentes. Por isso escolhemos estes objetos para observar e realmente estudar quais são os efeitos dos campos de radiação”, disse Kami.
A equipe de pesquisa acredita que a fotoquímica e a fotofísica (a química e a física impulsionadas pela emissão de luz) podem influenciar a forma como esses ambientes se formam, mas entender como isso exigirá mais pesquisas.
