Astrofísicos resolvem o caso do desaparecimento do enxofre nas nebulosas planetárias
Uma colagem agora icônica do nosso grupo mostrando 22 PNe individuais bem conhecidos, organizados artisticamente em um padrão espiral por ordem de tamanho físico aproximado. O maior PNe tem um brilho superficial cerca de cem mil vezes mais fraco que o menor e pode atingir até 3 pc de diâmetro. Crédito:ESA/Hubble e NASA, ESO, NOAO/AURA/NSF. Dois astrofísicos do Laboratório de Pesquisa Espacial (LSR) da Universidade de Hong Kong (HKU) finalmente resolveram um quebra-cabeça astrofísico de 20 anos sobre as quantidades menores do que o esperado do elemento enxofre encontrado em nebulosas planetárias (PNe) em comparação com expectativas e medições de outros elementos e outros tipos de objetos astrofísicos.
Os níveis esperados de enxofre há muito parecem estar “desaparecidos”. No entanto, eles finalmente se apresentaram ao serviço depois de se esconderem à vista de todos, como resultado do aproveitamento de dados altamente precisos e confiáveis. A equipe relatou recentemente suas descobertas no The Astrophysical Journal Letters .
PNe são as mortalhas gasosas, brilhantes, ejetadas e de vida curta, de estrelas moribundas que há muito fascinam e entusiasmam astrônomos profissionais e amadores com suas formas coloridas e variadas. As PNe vivem apenas algumas dezenas de milhares de anos em comparação com as suas estrelas hospedeiras, o que pode levar milhares de milhões de anos antes de passarem pela fase PN no caminho para se tornarem anãs brancas.
Conseqüentemente, o PNe fornece um instantâneo quase instantâneo dos estertores da morte estelar. Eles são uma janela científica vital para a evolução estelar em estágio final, já que seus ricos espectros de linhas de emissão permitem estudos detalhados de suas composições químicas.
A enigmática anomalia do enxofre
Estudos anteriores mostraram que os espectros ópticos do PNe pareciam ter um déficit variável do elemento enxofre. Este défice era difícil de explicar porque o enxofre, conhecido como elemento α, deveria ser produzido em sincronia com outros elementos como oxigénio, néon, árgon e cloro em estrelas mais massivas. Como resultado, a sua abundância cósmica também deveria ser diretamente proporcional.
Surpreendentemente, embora fortes correlações entre abundâncias de enxofre e oxigênio tenham sido observadas em regiões H II (região ionizada por hidrogênio) e galáxias compactas azuis, PNe originadas de estrelas de massa baixa a intermediária exibem consistentemente níveis mais baixos de enxofre, dando origem ao misterioso "enxofre anomalia" que tem deixado perplexos e incomodado os astrônomos por décadas. O eixo vertical para ambos os gráficos – abundância de enxofre em relação ao Hidrogênio. Gráfico à esquerda - a anomalia do enxofre (os pontos azuis são para PNe, os pontos verdes para regiões HII e galáxias compactas azuis) onde o enxofre é mostrado em relação ao oxigênio. Há uma grande dispersão para a medida PN em comparação com o comportamento lockstep 1:1 esperado e visto para outros elementos alfa em PNe. Gráfico à direita:Os pontos verdes são como antes, mas desta vez os pontos laranja são para o PNe da nossa amostra PN do centro galáctico do VLT e com enxofre plotado contra argônio em vez de oxigênio. Agora há um comportamento sincronizado visto para o enxofre pela primeira vez e uma trilha paralela e uma relação muito mais estreita onde a anomalia está quase extinta. Crédito:Adaptado de The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1ed9 Resolvendo o mistério
Shuyu Tan, formada pelo HKU MPhil em Física e Assistente de Pesquisa no HKU LSR, junto com seu supervisor, Professor Quentin Parker, Diretor do LSR, usaram uma amostra sem precedentes de espectros ópticos de sinal-ruído (S/N) excepcionais e altos para aproximadamente 130 PNe localizado no centro da nossa galáxia. Este conjunto de dados excepcional tinha ruído de fundo mínimo, permitindo um exame claro e detalhado das características espectrais, ajudando a equipe a enfrentar e resolver o mistério de forma eficaz.
Estes PNe foram observados usando o Very Large Telescope de 8m do European Southern Observatory (ESO), líder mundial, no Chile. Acontece que a anomalia foi essencialmente resultado da má qualidade dos dados das linhas de emissão de enxofre nos espectros PNe. Verificou-se que o uso de oxigênio como comparador de metalicidade de base para outros elementos não era preciso e, em vez disso, o argônio demonstrou uma correlação mais forte com o oxigênio para o enxofre e foi sugerido como um indicador mais confiável de metalicidade e um elemento de comparação adequado. O Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA celebra a época festiva com uma imagem impressionante da nebulosa planetária NGC 5189. A intrincada estrutura da erupção estelar parece uma fita gigante e colorida no espaço. Crédito:NASA, ESA e Hubble Heritage Team (STScI/AURA) Assim, quando uma amostra grande e cuidadosamente selecionada de PNe é observada espectroscopicamente com S/N alto em um grande telescópio, os dados não apenas revelaram pela primeira vez um forte comportamento sincronizado do enxofre em PNe, como visto e esperado para outros tipos de objetos astrofísicos, mas a própria anomalia efetivamente desapareceu.
Os autores refutaram efetivamente afirmações anteriores, sugerindo que a anomalia do enxofre nas nebulosas planetárias era o resultado de subestimados estágios de ionização de enxofre mais elevados ou de fluxos fracos de linhas de enxofre. Esta descoberta sublinha a importância crítica de dados de alta qualidade para desvendar mistérios científicos.
Mais informações: Shuyu Tan et al, Onde ou murcha a anomalia de enxofre nas nebulosas planetárias? As Cartas do Jornal Astrofísico (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1ed9 Fornecido pela Universidade de Hong Kong
