Estrelas de grande massa, que são oito ou mais vezes a massa do nosso Sol, viva muito e morra jovem. Eles muitas vezes terminam suas curtas vidas em explosões violentas chamadas supernovas, mas seus nascimentos são muito mais misteriosos. Eles se formam de forma muito densa, nuvens frias de gás e poeira, mas pouco se sabe sobre essas regiões. Em 2021, logo após o lançamento do James Webb Space Telescope da NASA, os cientistas planejam estudar três dessas nuvens para entender sua estrutura.

"O que estamos tentando fazer é observar os locais de nascimento de estrelas massivas, "explicou Erick Young, investigador principal de um programa que usará Webb para estudar este fenômeno. Ele é um astrônomo da Associação de Pesquisas Espaciais das Universidades em Columbia, Maryland. "Determinar a estrutura real das nuvens é muito importante para tentar entender o processo de formação de estrelas, " ele disse.

Essas nuvens frias, que podem ter até 100, 000 vezes a massa do Sol - são tão densos que parecem tão grandes, manchas escuras no céu. Embora pareçam desprovidos de estrelas, as nuvens estão, na verdade, apenas obscurecendo a luz das estrelas de fundo. Essas manchas escuras são tão densas de poeira que até bloqueiam alguns comprimentos de onda da luz infravermelha, um tipo de luz que é invisível aos olhos humanos e geralmente pode penetrar através de nuvens empoeiradas. É por isso que são chamadas de "nuvens escuras infravermelhas". Contudo, a sensibilidade sem precedentes de Webb permite observações de estrelas de fundo, mesmo através dessas regiões muito densas.

Ambientes de nascimento e massa de biscoito

Para entender como estrelas massivas se formam, você tem que entender o ambiente no qual eles se formam. Mas uma das coisas que torna o estudo da formação de estrelas massivas tão difícil é que, assim que uma estrela se liga, irradia luz ultravioleta intensa e ventos fortes e poderosos.

"Essas forças destroem o ambiente de nascimento em que a estrela foi criada, "explicou a especialista em nuvem escura infravermelha, Cara Battersby, professor assistente de física na Universidade de Connecticut. "O ambiente para o qual você está olhando após a formação é totalmente diferente do ambiente que conduziu à sua formação. E como sabemos que as nuvens infravermelhas escuras são lugares onde estrelas massivas podem se formar, se olharmos para sua estrutura antes de as estrelas se formarem ou apenas começarem a se formar, podemos estudar que ambiente é necessário para formar essas estrelas massivas. "

Battersby compara o processo a assar biscoitos:assim que você os assar, eles são totalmente diferentes da massa em si. Se você nunca viu dinheiro antes, você pode não ter uma boa ideia de como seria esse processo de cozimento. As nuvens infravermelhas escuras são como a massa crua antes de assá-la. Estudar essas nuvens é como ter a chance de olhar para a massa do biscoito, vendo o que acontece, e aprender qual é a sua consistência.

A importância das estrelas maciças

Compreender estrelas massivas e seus ambientes é importante por uma variedade de razões. Primeiro, em suas mortes explosivas, eles liberam muitos elementos que são essenciais para a vida. Elementos mais pesados ​​que o hidrogênio e o hélio - incluindo os blocos de construção da vida na Terra - vêm de estrelas massivas. Estrelas massivas transformaram um universo que era quase completamente composto de hidrogênio para os ricos, ambiente complexo que é capaz de produzir planetas e pessoas.

Estrelas massivas também produzem enormes quantidades de energia. Assim que eles nascem, eles emitem luz, radiação e ventos que podem criar bolhas no meio interestelar, possivelmente provocando a formação de estrelas em diferentes locais. Essas bolhas em expansão também podem quebrar uma região onde novas estrelas estão se formando. Finalmente, quando uma estrela massiva morre em uma explosão espetacular, ele muda para sempre seus arredores.

Os alvos

O estudo enfocará Webb nas três áreas a seguir.

The Brick:uma das nuvens infravermelhas mais escuras da nossa galáxia, esta nuvem em forma de tijolo reside perto do centro da galáxia, cerca de 26, 000 anos-luz da Terra. Mais de 100, 000 vezes a massa do Sol, o Brick não parece estar formando nenhuma estrela massiva - ainda. Mas tem tanta massa em uma área tão pequena que, se formar estrelas, como os cientistas pensam que deveria, seria um dos aglomerados de estrelas mais massivos da nossa galáxia, muito parecido com os clusters Arches e Quintuplet, também na vizinhança do centro da galáxia.

A Cobra:Com um nome inspirado em sua forma serpentina, esta nuvem extremamente filamentar tem cerca de 12, 000 anos-luz de distância com uma massa total de 100, 000 Suns. Espalhados ao longo da Cobra estão quentes, densas nuvens de poeira, cada um contendo cerca de 1, 000 vezes a massa do Sol em gás e poeira. Estas nuvens estão sendo aquecidas por jovens, estrelas massivas se formando dentro deles. A cobra pode ser uma seção de um filamento muito mais longo que é um "Osso da Via Láctea, "traçando a estrutura espiral da galáxia.

IRDC 18223:Localizado a cerca de 11, 000 anos-luz de distância, esta nuvem também faz parte de um "Osso da Via Láctea". Mostra ativo, a formação massiva de estrelas acontecendo em um lado dela, enquanto o outro lado parece completamente quieto e imperturbável. Uma bolha no lado ativo já está começando a destruir o filamento inicial que estava lá antes. Embora o lado quiescente ainda não tenha começado a formar estrelas, provavelmente será em breve.

A tecnica

Para estudar essas nuvens, Young e sua equipe usarão estrelas de fundo como sondas. "Quanto mais estrelas você tem, as linhas de visão mais diferentes, "disse Young." Cada um é como uma pequena viga de lápis, e medindo a cor da estrela, você pode avaliar a quantidade de poeira nessa linha de visão específica. "

Os cientistas farão mapas - basicamente, imagens muito profundas - em quatro comprimentos de onda infravermelhos diferentes. Cada comprimento de onda tem uma capacidade diferente de penetrar na nuvem. "Se você olhar para uma determinada estrela e ver que ela é, na verdade, muito mais vermelha do que você espera, então você pode supor que sua luz realmente passou por um pouco de poeira, e a poeira tornou a cor mais vermelha do que o normal, estrela não obscurecida, "disse Young.

Ao observar a diferença de cor com base nessas quatro medições diferentes no infravermelho próximo, e comparando isso com um modelo de poeira escurecendo e avermelhando, Young e sua equipe podem medir a poeira nessa linha de visão específica. Webb permitirá que eles façam isso por milhares e milhares de estrelas que penetram em cada nuvem, dando-lhes uma grande variedade de pontos de dados. Uma vez que a maioria das estrelas de um determinado tipo são semelhantes entre si em brilho e cor, quaisquer diferenças marcantes que Webb pode observar são principalmente devido aos efeitos do material entre nós e as estrelas.

Só com Webb

Este trabalho só pode ser feito por causa da sensibilidade requintada de Webb e excelente resolução angular. A sensibilidade de Webb permite que os cientistas vejam estrelas mais fracas e uma densidade maior de estrelas de fundo. Sua resolução angular, a capacidade de distinguir pequenos detalhes de um objeto, permite aos astrônomos discriminar entre estrelas individuais.

Esta ciência está sendo conduzida como parte de um programa Webb Guaranteed Time Observations (GTO). Este programa é projetado para recompensar cientistas que ajudaram a desenvolver os principais componentes de hardware e software ou conhecimento técnico e interdisciplinar para o observatório. Young fez parte da equipe de instrumentos original que construiu o instrumento Near Infrared Camera (NIRCam) de Webb.

O Telescópio Espacial James Webb será o principal observatório de ciências espaciais do mundo quando for lançado em 2021. Webb resolverá mistérios em nosso sistema solar, olhe além, para mundos distantes ao redor de outras estrelas, e sondar as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e Agência Espacial Canadiana.