O telescópio espacial Hubble detectou bolhas superquentes de gás, cada uma com o dobro da massa do planeta Marte, expelidas perto de uma estrela moribunda.
© STScI/A. Feild (gráfico do sistema binário V Hydrae lançando bolas de plasma para o espaço)
Este gráfico com quatro paineis ilustra como o sistema binário V Hydrae lança bolas de plasma para o espaço. O painel 1 mostra as duas estrelas em órbita uma da outra. Uma das estrelas está perto do final da sua vida e inchou em tamanho, tornando-se numa gigante vermelha. No painel 2, a órbita da estrela mais pequena leva-a até à atmosfera estendida da gigante vermelha. À medida que a estrela viaja através da atmosfera, recolhe material da gigante vermelha, material que assenta num disco em seu redor. A acumulação de material atinge um ponto crítico e este é, eventualmente expelido sob a forma de bolhas de plasma quente ao longo do eixo de rotação da estrela, como o painel 3 mostra. Este processo de expulsão é repetido a cada oito anos e meio, o tempo que leva para a estrela mais pequena fazer outra passagem pelo invólucro inchado da gigante vermelha, visto no painel 4.
As bolas de plasma estão viajando tão depressa pelo espaço que levariam apenas 30 minutos para ir da Terra à Lua. Este disparo de plasma estelar ocorre a cada 8,5 anos há pelo menos 400 anos.
As bolas de plasma são um enigma para os astrônomos, porque o material ejetado não pode ter sido disparado pela estrela hospedeira, chamada V Hydrae. A estrela é uma gigante vermelha inchada, localizada a 1.200 anos-luz de distância, que provavelmente liberou pelo menos metade da sua massa para o espaço durante o seu leito de morte. As gigantes vermelhas são estrelas moribundas nos estágios finais da vida que estão esgotando o seu combustível nuclear que as faz brilhar. Cresceram em tamanho e estão despindo as suas camadas exteriores para o espaço.
A atual melhor explicação sugere que as bolas de plasma foram lançadas por uma companheira estelar invisível. De acordo com esta teoria, a companheira teria que estar numa órbita elíptica que a leva perto da atmosfera inchada da gigante vermelha a cada 8,5 anos. À medida que a companheira entra na atmosfera exterior da gigante vermelha, engole material. Este material, em seguida, assenta num disco ao redor da companheira e serve como plataforma de lançamento destas bolhas de plasma, que viajam a cerca de 800.000 quilômetros por hora.
Este sistema estelar poderá ser o arquétipo que explica uma estonteante variedade de formas brilhantes descobertas pelo Hubble em torno de estrelas moribundas a que chamamos nebulosas planetárias. Uma nebulosa planetária é uma concha de gás brilhante em expansão, expelida por uma estrela no final da sua vida.
"Nós sabíamos, com base em dados anteriores, que este objeto tinha um fluxo de alta velocidade, mas esta é a primeira vez que vemos o processo em ação," afirma Raghvendra Sahai, autor principal do estudo que pertence ao Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA. "Nós sugerimos que estas bolhas gasosas produzidas durante esta fase final da vida de uma estrela ajudam a produzir as estruturas que vemos nas nebulosas planetárias."
As observações do Hubble, ao longo das duas últimas décadas, têm revelado uma enorme complexidade e diversidade na estrutura das nebulosas planetárias. A alta resolução do telescópio captou nós de material nas nuvens brilhantes de gás que rodeiam estrelas moribundas. Os astrônomos especularam que estes nós são, na realidade, jatos expelidos por discos de material ao redor de estrelas companheiras que não eram visíveis nas imagens do Hubble. A maioria das estrelas na nossa Galáxia encontram-se em sistemas binários. Mas os detalhes de como estes jatos foram produzidos permanecia um mistério.
"Nós queremos identificar o processo que produz estas transformações surpreendentes, de uma gigante vermelha inchada para uma bela e brilhante nebulosa planetária," afirma Sahai. "Estas mudanças dramáticas ocorrem ao longo de 200 a 1.000 anos, um mero piscar de olhos de tempo cósmico."
A equipe de Sahai usou o instrumento STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) do Hubble para realizar observações da estrela V Hydrae e da sua região circundante ao longo de um período de 11 anos, primeiro de 2002 a 2004 e depois de 2011 a 2013. A espectroscopia descodifica a luz de um objeto, revelando informações sobre a sua velocidade, temperatura, localização e movimento.
Os dados mostram uma série de bolhas superquentes e monstruosas, cada com uma temperatura de mais de 9.400 graus Celsius, quase duas vezes mais quentes que a superfície do Sol.
Os pesquisadores compilaram um mapa detalhado da localização das bolhas, o que lhes permite traçar os primeiros aglomerados gigantes até 1986. "As observações mostram que as bolhas se movem ao longo do tempo," comenta Sahai. "Os dados do STIS mostram bolhas recém-ejetadas, bolhas que se deslocaram para mais longe e bolhas ainda mais distantes."
O STIS detectou estas estruturas gigantes tão longe quanto 59,5 bilhões de quilômetros de V Hydrae, mais de oito vezes a distância entre o Cinturão de Kuiper e o nosso Sol.
As bolhas expandem-se e arrefecem à medida que se deslocam para mais longe, deixando de ser detectáveis no visível. Mas as observações efetuadas em comprimentos de onda submilimétricos mais longos no ano de 2004, pelo SMA (Submillimeter Array) no Havaí, revelaram estruturas distorcidas que podem ser bolhas lançadas há 400 anos atrás.
Com base nas observações, Sahai e os colegas Mark Morris da Universidade da Califórnia e Samantha Scibelli da Universidade Estatal de New York, desenvolveram um modelo de uma estrela companheira com um disco de acreção para explicar o processo de ejeção.
"Este modelo fornece a explicação mais plausível porque sabemos que os motores que produzem jatos são discos de acreção," explica Sahai. "As estrelas gigantes não têm discos de acreção, mas muitas têm provavelmente estrelas companheiras que, presumivelmente, têm massas inferiores porque evoluem mais lentamente. O modelo que propomos pode ajudar a explicar a presença de nebulosas planetárias bipolares, a presença de estruturas com a forma de jatos com nós em muitos destes objetos, e até mesmo as nebulosas planetárias multipolares. Nós pensamos que este modelo tem uma ampla aplicabilidade."
Uma surpresa encontrada na observação pelo STIS, foi que o disco não dispara os aglomerados monstruosos exatamente na mesma direção a cada oito anos e meio. A direção move-se ligeiramente de lado a lado e para trás e para a frente devido, possivelmente, a uma oscilação no disco de acreção. "Esta descoberta foi bastante surpreendente, mas é também muito agradável porque ajuda a explicar algumas coisas misteriosas que tinham sido observadas por outros cientistas," comenta Sahai.
Os astrônomos salientam que a V Hydrae é obscurecida a cada 17 anos, como se algo bloqueasse a sua luz. Sahai e colegas sugerem que devido à oscilação vai-e-vem da direção do jato, as bolhas alternam entre o passar por trás e o passar em frente de V Hydrae. Quando uma bolha passa em frente de V Hydrae, protege a gigante vermelha da observação dos astrônomos.
Este motor de disco de acreção é muito estável porque tem sido capaz de lançar estas estruturas durante centenas de anos sem ficar despedaçada. Em muitos destes sistemas, a atração gravitacional pode fazer com que a companheira espirale para o núcleo da gigante vermelha. Porém, eventualmente, a órbita da companheira de V Hydrae continuará a decair porque está perdendo energia nesta interação de atrito. No entanto, o destino final desta companheira é incerto.
A equipe espera usar o Hubble para realizar mais observações do sistema V Hydrae, incluindo a mais recente bolha expulsa em 2011. Os astrônomos também planejam usar o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), no Chile, para estudar bolhas lançadas ao longo das últimas centenas de anos e que são agora demasiado frias para serem detectadas com o Hubble.
Os resultados da equipe foram publicados na revista The Astrophysical Journal.
Fonte: Space Telescope Science Institute
