Olhando perto do coração da Nebulosa de Orion, esta imagem do JWST captura a Barra de Orion. A Barra de Orion é uma característica diagonal bastante reta que marca a transição do gás ionizado quente perto das estrelas do Trapézio para a nuvem molecular fria do outro lado da barra. Esse material são os restos da nuvem a partir da qual essas estrelas foram formadas. A radiação estelar destas jovens estrelas quentes atinge a Barra de Orion, transformando o gás e a poeira muito além. A imagem é uma imagem composta RGB com a cor azul mostrando a emissão de gás ionizado quente (filtro NIRCam F187N), a cor vermelha mostrando a emissão de grandes moléculas carbonáceas (filtro NIRCam F335M) e a cor verde traçando a poeira quente e o gás molecular ( Filtro NIRCam F470N). O Norte está para cima e o Leste fica para a esquerda. Crédito:NASA/ESA/CSA, E. Dartois, E. Habart, equipe PDRs4All ERS A formação de estrelas e planetas é um assunto complicado. Começa com o colapso gravitacional de uma gigantesca nuvem de gás e poeira, que produz simultaneamente estrelas massivas, cujo intenso campo de radiação cria um ambiente hostil, bem como estrelas mais modestas, como o nosso Sol, rodeadas por um disco de formação planetária que é rico em materiais orgânicos.
Os astrofísicos Els Peeters e Jan Cami da Western University e os pesquisadores de pós-doutorado e pós-graduação Ryan Chown, Ameek Sidhu, Baria Khan, Sofia Pasquini e Bethany Schefter estavam entre os primeiros cientistas do mundo a usar o telescópio espacial James Webb (Webb) para pesquisas científicas, e o foco era a formação de estrelas.
"O processo de formação estelar é complicado porque as regiões de formação estelar contêm estrelas de massas variadas, em diferentes fases do seu desenvolvimento, enquanto ainda estão incorporadas na sua nuvem natal e porque estão em jogo muitos processos físicos e químicos diferentes que influenciam uns aos outros," disse Peeters. , investigador principal do programa PDRs4All JWST Early Release Science (ID1288) e membro do corpo docente como parte do Instituto Western para Exploração da Terra e do Espaço.
A formação de estrelas é um campo muito ativo tanto na astrofísica teórica como observacional e Webb revelou-se fundamental na obtenção de informações sobre estes processos.
"Ainda não entendemos completamente como esses processos esculpem ou destroem os discos de formação de planetas, nem quando e como esses discos são semeados com substâncias químicas que são importantes para a vida. É por isso que fazemos o que fazemos", disse Cami, diretora da Western's. Hume Cronyn Memorial Observatory e membro principal do PDRs4All.
Peeters co-lidera o consórcio internacional PDRs4All juntamente com Emilie Habart da Universidade de Paris-Saclay, França e Olivier Berné da Universidade de Toulouse, França. O consórcio PDRs4All é composto por mais de 120 investigadores em todo o mundo, incluindo astrónomos, físicos e químicos, cuja experiência complementar lhes permite aproveitar totalmente a mina de ouro de dados obtidos com o Webb, o maior e mais poderoso telescópio alguma vez lançado no espaço.
O PDRs4All apontou Webb em direção à Orion Bar, nas profundezas da famosa Nebulosa de Orion, e coletou um tesouro de imagens e dados espectroscópicos. O principal objetivo do programa é desvendar os processos físicos e químicos detalhados que são relevantes para a formação de estrelas e planetas.
Junto com seus colaboradores internacionais, Peeters e Cami publicaram agora uma série de seis artigos na revista Astronomy &Astrophysics. que apresenta uma visão geral de seu trabalho até o momento e o primeiro mergulho profundo nos detalhes do que está acontecendo no Orion Bar.
Este é o meu melhor lado?
Muitos dos principais processos no espaço interestelar ocorrem nas chamadas regiões de fotodissociação (PDRs, daí o nome do programa PDRs4All), onde a física e a química são totalmente determinadas pela interação entre a radiação UV com o gás e a poeira. O Orion Bar é o PDR mais próximo de Webb que oferece seu lado mais útil e fotogênico para estudar esses processos em pequenas escalas físicas.
“Os dados são incríveis e servirão de referência para a investigação astrofísica nas próximas décadas”, disse Peeters. "Até agora, explorámos apenas uma pequena fração dos dados, e isso já resultou em várias descobertas surpreendentes e importantes."
No ano passado, o PDRs4All publicou três grandes estudos publicados nas revistas Nature , Astronomia da Natureza e Ciência .
"Tive o prazer absoluto de estudar as incríveis imagens de Webb com grande detalhe", disse Habart, que liderou o primeiro novo estudo publicado hoje (14 de maio) na revista Astronomy &Astrophysics. . "As imagens são incrivelmente belas e complexas; é fácil ver por que tantas pessoas no mundo ficaram maravilhadas quando as viram pela primeira vez."
Com uma massa 2.000 vezes maior que a do Sol e visível a olho nu, a Nebulosa de Orion é a região de formação estelar massiva mais próxima e é, portanto, um dos objetos mais examinados e fotografados da Via Láctea, e um dos favoritos do público. objetos no céu noturno.
As imagens de Webb são diferentes de qualquer outro conjunto, impressionantes nos detalhes incríveis que revelam, exibindo todos os tipos de filamentos e cristas de diferentes formas e cores, salpicados com vários pequenos discos de formação de planetas.
Dentro da Nebulosa de Órion encontra-se a Barra de Órion, uma formação pontiaguda, diagonal e semelhante a uma crista de gás e poeira. A Barra de Orion é essencialmente a borda de uma bolha astronomicamente grande esculpida por algumas das estrelas massivas que alimentam a nebulosa.
"Os mesmos detalhes estruturais que conferem a estas imagens o seu apelo estético revelam uma estrutura mais complicada do que pensávamos originalmente - com gás e poeira em primeiro e segundo plano tornando a análise um pouco mais difícil.
“Mas estas imagens são de tal qualidade que podemos separar bem estas regiões e revelar que a borda da Barra de Orion é muito íngreme, como uma enorme parede, como previsto pelas teorias”, disse Habart.
Peeters, que também foi um ator importante na nova série de Astronomia e Astrofísica estudos, usaram dados espectroscópicos de infravermelho próximo da Barra Orion para levar a pesquisa a um nível totalmente novo.
“Essas imagens têm detalhes tão incríveis que iremos examiná-las por muitos anos”, disse ela.
As observações espectroscópicas dividem a luz em função da cor e revelam muitos picos nítidos que são impressões digitais de diversos compostos químicos na luz infravermelha coletada.
Uma análise cuidadosa destas impressões digitais permite aos investigadores investigar a composição química da nebulosa, mas há muito mais:diferentes combinações destas impressões digitais podem ser usadas para medir a temperatura local, a densidade e a força do campo de radiação, e medindo-as para cada pixel, Peeters criou mapas de como essas quantidades mudam em toda a Barra Orion.
"O conjunto de dados espectroscópicos cobre uma área muito menor do céu em comparação com as imagens, mas contém muito mais informações. Uma imagem vale mais que mil palavras, mas nós, astrônomos, dizemos apenas meio brincando que um espectro vale mais que mil imagens, " disse Peeters, que mediu nada menos que 600 impressões digitais espectroscópicas e as usou para melhorar significativamente os modelos PDR existentes.
Os dados resultantes e modelos PDR aprimorados foram apresentados no segundo estudo em Astronomy &Astrophysics , liderado por Peeters.
"O que torna a Orion Bar verdadeiramente única é a sua geometria de ponta, dando-nos um assento lateral para estudar em detalhes requintados os diferentes processos físicos e químicos que acontecem à medida que nos movemos da região ionizada muito exposta e severa para a região muito mais exposta e ionizada. regiões protegidas onde o gás molecular pode se formar", disse Cami.
"Este artigo é um tour de force e exigiu um verdadeiro esforço hercúleo para ser concluído, e é um salto em frente na nossa compreensão de como as mudanças no ambiente físico afetam a química e vice-versa."
Deixando os detalhes para trás
Com as condições físicas mapeadas, a equipe do PDRs4All voltou sua atenção para outro problema:o da emissão de poeira. Observações anteriores já tinham revelado uma variação acentuada na emissão de poeira na Barra de Orion, mas a origem destas variações não era clara e representava um mistério que durante muito tempo deixou os astrofísicos perplexos.
"Os dados hiperespectrais do Webb contêm muito mais informações do que observações anteriores, que apontaram claramente para a atenuação da radiação pela poeira e a destruição eficiente das menores partículas de poeira como a causa subjacente para essas variações", disse o Institut d'Astrophysique. Pesquisadora de pós-doutorado espacial Meriem Elyajouri.
Elyajouri modelou a emissão de poeira através da borda iluminada da Barra Orion e liderou um terceiro estudo descrevendo as descobertas da equipe.
Os três artigos restantes tratam da emissão de grandes moléculas contendo carbono, conhecidas como hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), que representam um dos maiores reservatórios de materiais carbonáceos do universo. Os PAH contêm até 20% de todo o carbono cósmico, o que os torna relevantes para as nossas próprias raízes cósmicas.
“Estamos estudando o que acontece com as moléculas carbonáceas muito antes de o carbono entrar em nossos corpos”, disse Cami.
A emissão de PAH é normalmente muito brilhante e as moléculas de PAH são incrivelmente robustas e resilientes.
"Não é surpreendente, então, que eles estejam espalhados por todo o universo e se espalhem por distâncias cosmológicas tão vastas. Estudá-los em detalhes em regiões próximas, como a Barra de Orion, onde temos uma boa compreensão do ambiente físico e químico local, é importante. portanto, crucial para interpretar observações de galáxias distantes", disse Sidhu, um ex-pesquisador ocidental de pós-doutorado.
Os dados do Webb mostram as bandas de emissão de PAH com detalhes requintados e revelam que as características da emissão mudam devido à radiação.
“É realmente uma vergonha para a riqueza”, disse Peeters. "Mesmo que estas moléculas grandes sejam consideradas muito resistentes, descobrimos que a radiação UV altera as propriedades gerais das moléculas que causam a emissão."
Na verdade, a radiação UV quebra algumas das moléculas menores de carbono e muda a forma como as maiores irradiam.
“Você realmente vê mudanças à medida que passa deste ambiente muito hostil para ambientes mais protegidos”, disse o ex-pesquisador ocidental de pós-doutorado Ryan Chown, que liderou o quarto estudo.
O aprendizado de máquina se multiplica
Os resultados de Chown são novas descobertas importantes, mas foram baseados na análise de apenas cinco pequenas regiões na Barra Orion que são representativas dos diferentes ambientes em toda a Barra.
Sofia Pasquini, aluna de mestrado orientada por Peeters, utilizou técnicas de aprendizado de máquina para analisar a emissão de PAH em todo o conjunto de dados composto por muitos milhares de espectros. Ela também descobriu que em regiões com mais radiação UV, os PAHs são normalmente maiores, provavelmente porque os menores são destruídos. Esta é a base do quinto estudo.
“As técnicas de aprendizado de máquina que Sofia usou para interpretar dados extraídos de milhares de pixels produzem essencialmente o mesmo resultado que encontramos usando as cinco regiões representativas usando métodos mais tradicionais”, disse Peeters. "Isso nos dá grande confiança de que nossa interpretação é mais geralmente válida e, portanto, uma conclusão mais poderosa."
Acontece que há mais do que apenas mudanças nos tamanhos dos PAHs. Ilane Schroetter, pesquisadora de pós-doutorado da Universidade de Toulouse, França, também aplicou técnicas de aprendizado de máquina aos dados. Suas descobertas, publicadas no sexto estudo, confirmam o efeito da radiação UV no tamanho dos PAH, mas também encontraram mudanças muito claras na estrutura das moléculas.
“Estes artigos revelam algum tipo de sobrevivência do mais apto a nível molecular nos ambientes mais adversos do espaço”, disse Cami.
Webb é o telescópio espacial mais poderoso da história da humanidade. Desenvolvido em parceria com a NASA, a Agência Espacial Europeia (ESA) e a Agência Espacial Canadense (CSA), possui um icônico espelho de 6,5 metros de largura, que consiste em um padrão semelhante a um favo de mel de 18 segmentos de espelho hexagonais revestidos de ouro e um protetor solar de cinco camadas em forma de diamante, do tamanho de uma quadra de tênis.
Como parceiro, a CSA recebe uma parte garantida do tempo de observação de Webb, tornando os cientistas canadenses alguns dos primeiros a estudar os dados coletados pelo telescópio espacial mais avançado já construído.
