Em um berçário estelar próximo chamado de Nebulosa de Órion, novo, estrelas massivas estão lançando luz ultravioleta longínqua na nuvem de poeira e gás da qual nasceram. Esta intensa inundação de radiação está perturbando violentamente a nuvem, quebrando moléculas, ionizando átomos e moléculas, removendo seus elétrons, e aquecimento do gás e poeira. Uma equipe internacional usando o telescópio espacial James Webb da NASA, que está programado para ser lançado em outubro, estudará uma parte da nuvem irradiada chamada Barra de Órion para aprender mais sobre a influência que estrelas massivas têm em seus ambientes, e até mesmo na formação de nosso próprio sistema solar.

"O fato de estrelas massivas moldarem a estrutura das galáxias por meio de suas explosões como supernovas é conhecido há muito tempo. Mas o que as pessoas descobriram mais recentemente é que estrelas massivas também influenciam seus ambientes não apenas como supernovas, mas através de seus ventos e radiação durante suas vidas, "disse um dos principais investigadores da equipe, Olivier Berné, um cientista pesquisador do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica em Toulouse.

Por que a Orion Bar?

Embora possa soar como um bebedouro na sexta à noite, a Orion Bar é, na verdade, um cume de gás e poeira dentro da espetacular Nebulosa de Orion. Um pouco mais de 1, 300 anos-luz de distância, esta nebulosa é a região de formação de estrelas massivas mais próxima do Sol. O Orion Bar é esculpido pela intensa radiação das proximidades, quente, jovens estrelas, e à primeira vista parece ter a forma de uma barra. É uma "região de fotodissociação, "ou PDR, onde a luz ultravioleta dos jovens, estrelas massivas criam uma forma predominantemente neutra, mas quente, área de gás e poeira entre o gás totalmente ionizado que cerca as estrelas massivas e as nuvens nas quais elas nascem. Essa radiação ultravioleta influencia fortemente a química dos gases dessas regiões e atua como a fonte de calor mais importante.

Os PDRs ocorrem onde o gás interestelar é denso e frio o suficiente para permanecer neutro, mas não denso o suficiente para impedir a penetração de luz ultravioleta distante de estrelas massivas. As emissões dessas regiões fornecem uma ferramenta única para estudar os processos físicos e químicos que são importantes para a maior parte da massa entre as estrelas e ao redor delas. Os processos de radiação e interrupção de nuvens conduzem a evolução da matéria interestelar em nossa galáxia e em todo o universo, desde a era inicial de formação estelar vigorosa até os dias atuais.

"A Orion Bar é provavelmente o protótipo de um PDR, "explicou Els Peeters, outro dos principais investigadores da equipe. Peeters é professor da University of Western Ontario e membro do SETI Institute. "Foi estudado extensivamente, por isso está bem caracterizado. É muito perto, e é realmente visto na borda. Isso significa que você pode sondar as diferentes regiões de transição. E uma vez que está perto, esta transição de uma região para outra é espacialmente distinta se você tiver um telescópio com alta resolução espacial. "

A barra de Orion é representativa do que os cientistas pensam ser as duras condições físicas dos PDRs no universo há bilhões de anos. "Acreditamos que, neste momento, você tinha 'Nebulas de Órion' em todos os lugares do universo, em muitas galáxias, "disse Berné." Achamos que pode ser representativo das condições físicas em termos do campo de radiação ultravioleta nas chamadas 'galáxias estelares, 'que dominam a era da formação de estrelas, quando o universo tinha cerca de metade de sua idade atual. "

A formação de sistemas planetários em regiões interestelares irradiadas por estrelas jovens massivas permanece uma questão em aberto. Observações detalhadas permitiriam aos astrônomos entender o impacto da radiação ultravioleta na massa e composição de estrelas e planetas recém-formados.

Em particular, estudos de meteoritos sugerem que o sistema solar se formou em uma região semelhante à nebulosa de Orion. Observar a Orion Bar é uma forma de entender nosso passado. Ele serve como um modelo para aprender sobre os estágios iniciais da formação do sistema solar.

Como um bolo de camadas no espaço

Os PDRs por muito tempo foram considerados regiões homogêneas de gás quente e poeira. Agora os cientistas sabem que eles são muito estratificados, como um bolo de camadas. Na realidade, o Orion Bar não é realmente um "bar". Em vez de, contém muita estrutura e quatro zonas distintas. Estes são:

• A zona molecular, uma região fria e densa onde o gás está na forma de moléculas e onde estrelas podem se formar;
• A frente de dissociação, onde as moléculas se dividem em átomos à medida que a temperatura aumenta;
• A frente de ionização, onde o gás é despojado de elétrons, tornando-se ionizado, conforme a temperatura aumenta drasticamente;
• O fluxo totalmente ionizado de gás em uma região atômica, hidrogênio ionizado.

"Com Webb, seremos capazes de separar e estudar as condições físicas das diferentes regiões, que são completamente diferentes, "disse Emilie Habart, outro dos principais investigadores da equipe. Habart é cientista do Instituto Francês de Astrofísica Espacial e conferencista sênior da Universidade Paris-Saclay. "Vamos estudar a passagem de regiões muito quentes para outras muito frias. É a primeira vez que poderemos fazer isso."

O fenômeno dessas zonas é muito parecido com o que acontece com o calor de uma lareira. Conforme você se afasta do fogo, a temperatura cai. De forma similar, o campo de radiação muda com a distância de uma estrela massiva. Do mesmo jeito, a composição do material muda em diferentes distâncias daquela estrela. Com Webb, os cientistas, pela primeira vez, resolverão cada região individual dentro dessa estrutura em camadas no infravermelho e a caracterizarão completamente.

Preparando o caminho para observações futuras

Essas observações farão parte do programa de ciência para liberação antecipada discricionária do diretor, que fornece tempo de observação para projetos selecionados no início da missão do telescópio. Este programa permite que a comunidade astronômica aprenda rapidamente a melhor forma de usar os recursos de Webb, ao mesmo tempo que produz uma ciência robusta.

Um dos objetivos do trabalho da Orion Bar é identificar as características que servirão de modelo para estudos futuros de PDRs mais distantes. Em distâncias maiores, as diferentes zonas podem se confundir. As informações da Orion Bar serão úteis para interpretar esses dados. As observações do Orion Bar estarão disponíveis para a comunidade científica em geral logo após sua coleta.

"A maior parte da luz que recebemos de galáxias muito distantes vem de 'Nebulosas de Órion' situadas nessas galáxias, "explicou Berné." Portanto, faz muito sentido observar em grande detalhe a nebulosa de Órion que está perto de nós para então entender as emissões provenientes dessas galáxias muito distantes que contêm muitas regiões semelhantes a Orion. "

Só Possível com Webb

Com sua localização no espaço, capacidade infravermelha, sensibilidade, e resolução espacial, Webb oferece uma oportunidade única de estudar a Barra Orion. A equipe vai sondar essa região usando câmeras e espectrógrafos de Webb.

"É realmente a primeira vez que temos uma cobertura de comprimento de onda e resolução angular tão boas, "disse Berné." Estamos muito interessados ​​em espectroscopia porque é onde você vê todas as 'impressões digitais' que fornecem informações detalhadas sobre as condições físicas. Mas também queremos que as imagens vejam a estrutura e a organização da matéria. Quando você combina a espectroscopia e a imagem nesta faixa única de infravermelho, você obtém todas as informações de que precisa para fazer a ciência em que estamos interessados. "