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Pesquisadores revelam que estrelas Wolf-Rayet, em seu estágio final, não apenas emitem luz intensa, mas também geram poeira nanométrica, fundamental para a formação de novos mundos, ajudando a entender como o carbono é distribuído nas galáxias
Um estudo sobre estrelas do sistema binário WR 112 revelou que estrelas extremamente massivas produzem poeira cósmica em escala nanométrica, descoberta obtida a partir de observações combinadas dos observatórios JWST e ALMA, trazendo novas evidências sobre a formação de carbono no universo.
Algumas estrelas não apenas emitem luz intensa, mas também produzem partículas fundamentais para a formação de novos ambientes cósmicos. O estudo mostra que estrelas massivas próximas do fim da vida estão gerando grãos de poeira medidos em bilionésimos de metro.
Segundo o pesquisador Donglin Wu, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, a diferença de tamanho entre essas estrelas e a poeira formada alcança cerca de um quintilhão para um, evidenciando um contraste extremo entre a escala estelar e as partículas produzidas.
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A descoberta contribui para resolver um antigo impasse científico relacionado às medições divergentes sobre poeira ao redor de estrelas extremas e amplia o entendimento sobre como o carbono é distribuído nas galáxias.
Sistema WR 112 mostra como estrelas massivas produzem poeira em ambientes extremos
A pesquisa concentra-se em WR 112, um sistema binário que abriga uma estrela Wolf-Rayet, tipo raro de estrelas extremamente quentes e em estágio final de evolução. Essas estrelas possuem vida curta e liberam grandes quantidades de material no espaço.
No sistema, a estrela Wolf-Rayet orbita uma companheira enquanto ambas lançam fluxos de gás em alta velocidade. O encontro desses fluxos provoca compressão do material, tornando-o denso e permitindo a formação de partículas sólidas.
À medida que o gás esfria, átomos se unem e originam poeira cósmica. A radiação emitida pelas estrelas empurra essa poeira recém-formada para fora do sistema, criando estruturas espirais expansivas semelhantes a um catavento cósmico.
Durante décadas, observações de estrelas semelhantes apresentaram resultados incompatíveis. Parte dos dados indicava partículas extremamente pequenas, enquanto outras medições apontavam grãos próximos de um décimo de micrômetro.
Observações combinadas de estrelas com JWST e ALMA revelam partículas invisíveis
Para investigar o fenômeno, os pesquisadores utilizaram dados do Telescópio Espacial James Webb e do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. A combinação permitiu analisar a distribuição espectral de energia do sistema WR 112.
O JWST observa o universo em luz infravermelha e possui alta sensibilidade à poeira quente. Suas imagens já haviam identificado espirais brilhantes ao redor do sistema binário.
O ALMA, instalado no Chile, opera em comprimentos de onda milimétricos e é eficiente na detecção de poeira fria e grãos maiores. Caso partículas maiores estivessem presentes em grande quantidade, deveriam ter sido claramente observadas.
Entretanto, o ALMA não registrou sinal forte correspondente às espirais vistas pelo JWST. Essa ausência indicou que a maior parte dos grãos é pequena demais para emitir radiação eficiente em comprimentos milimétricos.
Modelagem confirma duas populações distintas de poeira produzida por estrelas
A análise conjunta mostrou que a maioria dos grãos possui menos de um micrômetro e, predominantemente, apenas alguns nanômetros de diâmetro. Um nanômetro corresponde a um bilionésimo de metro.
Os cientistas identificaram duas populações de partículas. O grupo dominante é formado por grãos nanométricos, enquanto uma fração menor apresenta cerca de 0,1 micrômetro.
Os pesquisadores testaram quatro modelos diferentes de distribuição de tamanho. O modelo que melhor reproduziu os dados observados foi uma distribuição bimodal, composta por abundância de partículas nanométricas e uma população secundária maior.
Essa estrutura explica por que medições anteriores produziram resultados contraditórios. Tanto grãos pequenos quanto maiores existem, porém os menores predominam nas espirais observadas.
A equipe também avaliou o impacto da radiação intensa sobre a poeira. O ambiente energético pode erodir ou evaporar partículas, tornando grãos intermediários particularmente vulneráveis, o que ajuda a entender falhas anteriores de detecção.
Produção anual de poeira rica em carbono influencia formação de novas estrelas
O sistema WR 112 é considerado um dos maiores produtores conhecidos desse tipo de poeira, gerando anualmente quantidade equivalente a aproximadamente três vezes a massa da Lua da Terra.
Como essa poeira contém carbono, sua distribuição influencia diretamente as estimativas sobre quanto desse elemento sistemas binários massivos fornecem às galáxias.
Com o tempo, o material não permanece próximo às estrelas. Ele migra para o espaço interestelar e se mistura a nuvens de gás capazes de originar novas estrelas e planetas.
A predominância de partículas minúsculas pode alterar processos de crescimento e sobrevivência da poeira, além de influenciar etapas posteriores da formação planetária.
Próximas observações devem ampliar compreensão sobre evolução das estrelas
Apesar dos avanços, várias questões permanecem abertas. Os cientistas ainda buscam determinar quanto tempo os grãos nanométricos sobrevivem após deixarem regiões de radiação intensa.
Entre as dúvidas estão se essas partículas se fundem em grãos maiores ou se são destruídas por choques no espaço interestelar. Também permanece incerto se WR 112 representa um sistema típico entre estrelas Wolf-Rayet.
Observações futuras utilizando JWST e ALMA em sistemas semelhantes devem permitir comparações adicionais e aprimorar modelos sobre o acúmulo de carbono nas galáxias ao longo do tempo.
Segundo Donglin Wu, muitos fenômenos associados a essas estrelas continuam difíceis de observar devido à raridade e complexidade desses ambientes.
O estudo foi publicado no periódico científico The Astrophysical Journal.
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