• Começa com um estrondo

A raça secreta exposta dentro dos Pilares da Criação

Em 1995, o Hubble olhou para os Pilares da Criação, mudando para sempre nossa visão. Agora, em 2022, o JWST completa o quebra-cabeça de formação de estrelas.

Principais conclusões

• Em todo o Universo, em galáxias como a Via Láctea, novas estrelas nascem dentro de nuvens moleculares em colapso e ricas em gás.
• Uma corrida está ocorrendo à medida que aglomerados densos de gás e poeira colapsam para formar novas estrelas, enquanto estrelas já formadas trabalham para destruí-lo e acabar com a formação de estrelas.
• Nenhum lugar em nosso Universo próximo ilustra melhor essa intensa batalha do que os Pilares da Criação, a 7.000 anos-luz de distância na Nebulosa da Águia. Aqui está o que nossa maior visão, de todos os tempos, nos revela.

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Em todo o Universo, sempre que grandes quantidades de materiais moleculares se reúnem em um local, a gravitação trabalha para colapsá-los, desencadeando a formação de novas estrelas. Dentro dessas regiões empoeiradas e ricas em gás, normalmente encontradas em grandes galáxias espirais como a nossa Via Láctea, uma grande corrida cósmica de três vias ocorre entre:

• os efeitos implacáveis ​​da gravitação, que fazem com que a nuvem de gás se fragmente e se contraia,
• o efeito radiativo da poeira, que esfria e permite o colapso do gás para formar novas estrelas,
• e os efeitos de feedback das próprias estrelas recém-formadas, que trabalham para expulsar a matéria neutra restante.

O gás precisa se tornar gravitacionalmente ligado em geral e, em seguida, se contrair em aglomerados que podem formar sistemas estelares individuais, que dependem de poeira irradiando de forma eficiente para formar proto-estrelas. As estrelas que se formam o fazem com uma variedade de massas diferentes, com as estrelas mais massivas emitindo os ventos mais fortes e a maior quantidade de radiação ultravioleta. Essa radiação ioniza e evapora o gás restante, soprando-o e impedindo a formação de futuras estrelas. Por todo o Universo, esta corrida continua. Mas na Nebulosa da Águia, a apenas 7.000 anos-luz de distância, os Pilares da Criação mostram esse fenômeno como nunca visto.

Esta imagem terrestre de campo amplo da Nebulosa da Águia mostra a região de formação de estrelas em toda a sua glória, com novas estrelas, nebulosas de reflexão e emissão e características empoeiradas presentes. A própria Nebulosa, localizada talvez a 7.000 anos-luz de distância, abrange cerca de 50 anos-luz de extensão de ponta a ponta.

Na luz óptica, esta região do espaço se parece com qualquer outra região de formação de estrelas você pode encontrar. No geral, esta região brilha intensamente, pois muitas estrelas jovens brilhantes – incluindo estrelas de vida curta, azuis e luminosas das classes O e B – estão concentradas nela. A poeira na nebulosa, enquanto bloqueia a luz das estrelas atrás dela, também reflete a luz das estrelas à sua frente, criando uma brilhante nebulosa de reflexão em tons de azul.

O gás hidrogênio neutro, por sua vez, é ionizado pela intensa radiação ultravioleta dessas estrelas, criando um mar de núcleos atômicos e elétrons livres. Quando os núcleos de hidrogênio, o núcleo mais comum no Universo, se recombinam com esses elétrons, os elétrons caem em cascata nos níveis de energia, emitindo luz infravermelha, óptica e ultravioleta. Há uma transição específica, do 3º nível de energia mais baixo para o 2º nível de energia mais baixo, que emite luz muito forte em um comprimento de onda muito específico: 656,3 nanômetros. Isso corresponde à luz vermelha na visão humana, razão pela qual partes da nebulosa parecem vermelhas.

No entanto, talvez a característica mais marcante seja a silhueta de poeira, que aparece como nuvens escuras dentro da nebulosa da Águia.

Uma grande seção da Nebulosa da Águia, com quatro das imagens icônicas do Telescópio Espacial Hubble sobrepostas à região relevante da nebulosa maior. Os Pilares da Criação, no centro, são sem dúvida a característica nebular mais icônica de todas.

Essas regiões ricas em poeira, destacadas na imagem acima com base nos locais onde certos observatórios avançados as observaram em grande detalhe, representam os últimos refúgios onde a formação de novas estrelas ainda está ocorrendo. A Nebulosa da Águia, embora esteja chegando ao fim de sua vida em termos de ser um local de nascimento ativo de novas estrelas, ainda tem um caminho a percorrer antes que a cessação esteja completa. Em particular, em direção ao centro da nebulosa, uma coleção particularmente densa de gavinhas empoeiradas pode ser encontrada. Essas três estruturas semelhantes a colunas, apropriadamente, são conhecidas como os Pilares da Criação.

Embora tenham sido identificados a partir de imagens terrestres há muito tempo, foi apenas em 1995 que o Telescópio Espacial Hubble capturou o que rapidamente se tornou uma imagem icônica desses pilares. Na verdade, além da imagem do Hubble Deep Field, é discutível que a imagem inicial do Hubble dos Pilares da Criação foi a imagem mais importante tirada com o Telescópio Espacial Hubble durante a primeira década de sua vida. Mostrando a presença de uma variedade de elementos e moléculas, os pilares talvez sejam notáveis ​​pelo que obscurecem: a luz de todas as estrelas e a luz das estrelas atrás deles. Esta imagem de 1995 , ainda hoje, em 2022, é de tirar o fôlego.

A visão original do Hubble dos Pilares da Criação na Nebulosa da Águia, embora lançada pela primeira vez em 1995, ainda é espetacular e icônica hoje, com essas regiões empoeiradas servindo como local de formação de estrelas: uma das últimas remanescentes dentro da nebulosa.

Como essa nebulosa está a 7.000 anos-luz de distância e em uma região repleta de estrelas quentes e jovens, as pessoas imediatamente começaram a se perguntar se esses pilares ainda estavam intactos hoje, ou se um cataclismo estelar como uma supernova já não os havia destruído, com a luz de sua destruição ainda a caminho para a terra. Outros observatórios que foram capazes de observar esses pilares em diferentes comprimentos de onda de luz foram chamados para decidir a questão, mas os resultados foram tudo menos conclusivos.

Na luz de raios-X, o observatório de raios-X Chandra da NASA encontrou várias fontes pontuais: evidências de remanescentes estelares como estrelas de nêutrons e buracos negros, mas nenhum remanescente de supernova foi visto entre eles.

Na luz infravermelha, o observatório Spitzer da NASA viu características de emissão que não puderam ser explicadas, sugerindo que talvez uma supernova recente tenha explodido. Mais no infravermelho, o telescópio Herschel da ESA também viu a nebulosa, encontrando muito gás frio capaz de formar novas estrelas, mas nenhuma evidência de um cataclismo estelar.

Não seria até 2014, quase 20 anos completos após a criação da imagem original do Hubble, que Hubble retornaria a este objeto : desta vez, com um conjunto superior de instrumentos a bordo.

O Telescópio Espacial Hubble da NASA revisitou os famosos Pilares da Criação em 2014, revelando uma visão mais nítida e ampla das estruturas nesta imagem de luz visível. Os astrônomos combinaram várias exposições do Hubble para montar a visão mais ampla. Os pilares imponentes têm cerca de 5 anos-luz de altura. O recurso escuro, semelhante a um dedo, no canto inferior direito, pode ser uma versão menor dos pilares gigantes.

Esta nova visão dos Pilares da Criação tinha um conjunto selvagem de vantagens sobre a visão anterior . Por um lado, tinha um campo de visão muito mais amplo, permitindo-nos ver as estruturas empoeiradas maiores ao redor, conectadas (e desconectadas). Por outro lado, seus instrumentos atualizados nos deram um conjunto maior de cobertura de comprimento de onda, permitindo identificar detalhes atômicos e moleculares que não podiam ser identificados antes. E, aproveitando a maior eficiência luminosa, houve ainda uma melhora na qualidade da imagem e uma leve melhora na resolução.

Mas a característica mais importante de todas?

O fato de que ~20 anos se passaram. Em uma escala de tempo cósmica, 20 anos é um mero piscar de olhos. Afinal, as estrelas normalmente vivem bilhões ou até trilhões de anos. Mas em uma região de formação de estrelas, onde mudanças dramáticas podem ocorrer ao longo de milhares de anos, 20 anos são subitamente significativos. Os próprios pilares mostram evidências de evolução e evaporação, onde a taxa de evaporação nos diz:

• não, uma supernova ou outro cataclismo não ocorreu recentemente,
• que os pilares estavam de fato evaporando, mas apenas gradualmente,
• e que a escala de tempo para a evaporação era da ordem de ~100.000 anos.

Enquanto isso, O Hubble também estava agora equipado com um conjunto de olhos infravermelhos próximos , permitindo uma visão totalmente diferente.

Esta imagem do Telescópio Espacial Hubble da NASA, tirada em luz infravermelha próxima, transforma os pilares em silhuetas misteriosas e finas, que são vistas contra um fundo de inúmeras estrelas. A luz infravermelha próxima pode penetrar grande parte do gás e poeira, revelando estrelas atrás da nebulosa, bem como escondidas dentro dos pilares. Algumas das nuvens de gás e poeira são tão densas que nem mesmo a luz infravermelha pode penetrá-las. Novas estrelas embutidas no topo dos pilares, no entanto, são aparentes como fontes brilhantes que não são vistas na imagem visível.

Toda a razão pela qual a poeira aparece como uma silhueta na luz óptica tem tudo a ver com o tamanho dos próprios grãos de poeira e as propriedades da luz. Em geral, a menos que haja transições específicas dentro de um átomo ou molécula que absorvam ou emitem luz de comprimentos de onda específicos, as duas coisas que você deseja comparar são o tamanho de um grão de poeira com a distância que um comprimento de onda completo de luz cobre.

Se a luz for muito menor em comprimento de onda do que o tamanho de um grão de poeira, a luz é facilmente absorvida, onde aquece a poeira e faz com que a poeira re-irradie energia em comprimentos de onda mais longos de luz.

Se a luz tiver um comprimento de onda muito maior do que o tamanho de um grão de poeira, a luz simplesmente passa através da poeira, permitindo-nos “ver através” do material naquele comprimento de onda de luz específico.

E se a luz é de um comprimento de onda comparável ao tamanho de um grão de poeira, a luz é parcialmente absorvida e parcialmente transmitida, com as regiões mais densas fazendo um melhor trabalho de absorção e as regiões mais esparsas aparecendo como relativamente transparentes.

Como você pode ver, acima, os olhos infravermelhos próximos do Hubble tratam a poeira como amplamente transparente, mas as regiões mais densas e nodosas da poeira ainda podem absorver parte da luz. Muitas das estrelas reveladas por esta visão infravermelha não estão nem mesmo dentro dos pilares empoeirados, mas significativamente atrás deles. Claro, agora estamos vivendo na era do Telescópio Espacial James Webb (JWST), e sua primeira visão dos Pilares da Criação acaba de ser revelado.

O Telescópio Espacial Hubble da NASA tornou os Pilares da Criação famosos com sua primeira imagem em 1995, mas revisitou a cena em 2014 para revelar uma visão mais nítida e ampla na luz visível, mostrada acima à esquerda. Uma nova visão de luz infravermelha próxima do Telescópio Espacial James Webb da NASA, à direita, nos ajuda a observar mais poeira nesta região de formação de estrelas. Os espessos e empoeirados pilares marrons não são mais tão opacos e muitas outras estrelas vermelhas que ainda estão se formando aparecem.

Em comparação com a visualização do Hubble (principalmente óptica) à esquerda, a visualização JWST à direita mostra recursos que nunca pudemos ver antes e certamente não nesse nível de detalhe ou nessa resolução. Mesmo com apenas uma visão de câmera de infravermelho próximo (NIRCam) dos Pilares da Criação, o JWST chega a quase triplo o comprimento de onda das capacidades de comprimento de onda mais longo do Hubble. Como resultado, não estamos apenas vendo a luz das estrelas que passa pela poeira, mas também podemos começar a perceber o calor irradiado da poeira que absorveu toda a luz das estrelas no óptico e no ultravioleta.

Os pilares empoeirados, que pareciam tão sólidos nas imagens do Hubble, agora aparecem mais como realmente são: como glóbulos em evaporação de matéria neutra, sendo fervidos não principalmente por dentro, mas pela radiação externa que surge de estrelas azuis brilhantes bem fora da superfície. próprios pilares. Algumas estrelas estão realmente se formando dentro desses pilares, mas, na maioria das vezes, a taxa de resfriamento e colapso é muito lenta para levar a muitas outras novas. Além de algumas protoestrelas já identificadas no interior, é provável que a formação estelar que ocorrerá dentro dos pilares já esteja quase completa.

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Ainda assim, esse lapso de tempo de quase 30 anos – de 1995 a 2014 a 2022 – mostra uma evolução notável em nossas visões desse objeto.

Ao longo de 27 anos, nossa visão dos Pilares da Criação não apenas se expandiu em tamanho e resolução, mas também em termos de cobertura de comprimento de onda. Os comprimentos de onda mais longos da luz, revelados em resolução sem precedentes pelo JWST, nos permitem ver características que nunca poderiam ser expostas por um telescópio óptico, mesmo um no espaço, por conta própria.

Uma das coisas mais interessantes a fazer, devido à natureza de resolução ultra-alta do Hubble e do JWST, é dar uma olhada em algumas regiões de interesse específicas que foram fotografadas por todos os três conjuntos de observações e compará-las lado a lado e em formato animado. A primeira dessas regiões que vale a pena uma olhada em profundidade é o topo do maior pilar principal, que de fato tem uma protoestrela semi-massiva (cerca de 5-6 vezes a massa do Sol) dentro dela, ainda crescendo no momento.

Talvez a característica mais famosa de todas, quando se trata dos Pilares da Criação, seja o grande nó de poeira no topo do maior pilar. Essa visão de três painéis, começando com a visão de 1995 do Hubble, progredindo para a visão de 2014 e culminando na visão de 2022 do JWST, são espetaculares, mas apenas a visão JWST nos permite ver a verdadeira estrutura e densidade da poeira interna.

Surpreendentemente, você pode ver a espessura da poeira que bloqueia a luz nas visualizações do Hubble dessa região do espaço, mas como as formas e os contornos da poeira aparecem na visualização JWST. Muitas das estrelas de fundo vistas através dos pilares são tremendamente avermelhadas pelos próprios pilares, enquanto as estrelas mais claramente visíveis aos olhos do Hubble são intrinsecamente muito azuis quando vistas pelo JWST. O JWST revela um número muito maior de estrelas e muito mais brilhantes do que o Hubble pode ver: são estrelas que emitem mais luz nas porções mais vermelhas do espectro, onde o JWST é mais sensível que o Hubble.

Você também pode ver como os recursos finos vistos nas imagens do Hubble se traduzem em filamentos finos e se destacam em refletir a luz, particularmente a luz de comprimento de onda mais curto, quando visualizados pelo JWST. Este pilar não está apenas evaporando, mas a visão JWST mostra o quão fino e tênue o pilar é em grande parte de seu volume, um recurso que não pode ser visto apenas com a cobertura limitada de comprimento de onda do Hubble.

O topo do maior pilar dos Pilares da Criação talvez seja o melhor lugar para mostrar a evolução de nossas visões sobre ele. A exibição do Hubble de 1995 dá lugar à exibição do Hubble de 2014, que então desaparece para a exibição do JWST de 2022. A diferença nos recursos mostra o quão sensível, mas para recursos diferentes, o JWST é comparado ao Hubble.

Outra visão espetacular, relacionada, mas muito diferente, é cortesia de dar uma olhada detalhada no segundo pilar menor. Sim, novamente, há uma proto-estrela se formando na “ponta” deste pilar: algo que só é sugerido na imagem de 1995, mais aparente na imagem de 2014, mas claramente brilha através do gás na imagem JWST (2022). Além disso, um aglomerado avermelhado, visto nas imagens do Hubble por volta da posição das 7 horas em relação a essa protoestrela, parece muito diferente - como se estivesse se movendo para cima e para dentro - na imagem JWST: um possível sinal de transporte de energia acontecendo dentro do pilar em si.

Esta visão de três painéis do pilar do meio nos Pilares da Criação mostra como nossas visões evoluíram a partir da imagem de 1995 do Hubble, da imagem de 2014 do Hubble e da imagem de 2022 do JWST. O nível de detalhe visto na composição de poeira do pilar é particularmente impressionante, assim como as estrelas de fundo reveladas pelo JWST que são completamente obscuras aos olhos do Hubble.

Novamente, as estrelas mais brilhantes vistas pelos olhos do JWST não são as mesmas que as estrelas mais brilhantes vistas pelos olhos do Hubble. Embora o pilar pareça principalmente monolítico para o Hubble, os detalhes gasosos e a natureza erodida do material são claramente revelados pelo JWST. As diferenças em direção à metade inferior da imagem são excepcionalmente impressionantes, pois nós gasosos e estrelas internas, particularmente avermelhadas pelos aglomerados de poeira mais densos, são revelados em grande detalhe pelo JWST e não pelo Hubble.

Fora dos pilares, o grande número de estrelas é de tirar o fôlego, visto pelo JWST, e praticamente inexistente nas vistas do Hubble. A estrela mais brilhante na imagem, mostrada à esquerda da porção central do pilar na imagem, é completamente invisível aos olhos do Hubble, mas é brilhante para o JWST. Isso provavelmente significa que é uma estrela gigante vermelha, mas localizada bem atrás do gás e poeira principais que compõem a nebulosa. Enquanto o Hubble pode refletir apenas a luz das estrelas em primeiro plano, os olhos do JWST permitem que a luz de fundo brilhe através das regiões onde a poeira é tudo, menos a mais espessa.

Esta animação que desvanece entre a visão do Hubble de 1995, a visão do Hubble de 2014 e a visão do JWST de 2022 mostra as diferentes visões de estrelas, poeira, loops e saídas de gás nodosos e a presença de protoestrelas. A variedade de características no topo deste pilar, o 2º dos Pilares da Criação, é particularmente notável.

Finalmente, pensei que seria absolutamente fascinante dar uma olhada na “ponte” que liga o segundo e o terceiro pilares, que o Hubble vê como completamente escuro, com apenas uma estrela fraca atravessando o ponto fino da ponte logo à esquerda de o meio. À direita, há um nó denso e maior de gás e, abaixo dele, mechas de bloqueio de luz que dão lugar a uma estrutura em forma de dente abaixo delas. Entre a ponte e o dente, parte da luz refletida brilha, com os pilares de cada lado formando o que parece ser uma estrutura de suporte.

Este painel de três ainda mostra a mesma região dos Pilares da Criação, ligando o segundo e terceiro (menores) pilares, em vistas do Hubble de 1995 e 2014, com a vista 2022 JWST NIRCam à direita. O nível de detalhe, bem como a variedade de funcionalidades observadas, evidenciam a evolução das nossas capacidades tecnológicas.

Mas quando a visão JWST entra em ação, você pode ver como é a verdadeira natureza – poeira e tudo – desta região. A ponte em si é relativamente fina, e os tufos abaixo dela quase não são substanciais: trata-se de matéria neutra se aproximando dos estágios finais de sua evaporação. Os pilares, que novamente parecem monolíticos, grossos e escuros aos olhos do Hubble, têm sua natureza esculpida revelada pelo JWST, onde muitas estrelas de fundo de todas as cores brilhantes brilham. Como você pode ver, com exceção de algumas regiões nodosas, a poeira é tão fina que as estrelas quase não ficam avermelhadas.

Esta animação de três painéis desbotados mostra a ponte de poeira entre o segundo e o terceiro pilares nos Pilares da Criação, bem como a região logo abaixo deles. A comparação entre as visualizações de 1995, 2014 e 2022 revela uma incrível diversidade de detalhes, destacando por que a cobertura de vários comprimentos de onda é tão valiosa.

Com sete vezes a área de coleta de luz do Hubble, o JWST é muito superior em resolução e qualidade de imagem. Com seu conjunto avançado de instrumentos e um fantástico conjunto de cobertura de comprimento de onda, ele pode revelar detalhes que nunca poderiam ter sido vistos antes. E, talvez o mais empolgante, os alvos que estamos vendo durante este notável primeiro ano da corrida científica do JWST representam as imagens óbvias a serem tiradas: as coisas que vimos antes e sabemos serão aprimoradas aproveitando o poder do JWST.

Eles não incluem a ciência arriscada: os casos de uso em que as recompensas são desconhecidas e as visualizações terão a chance de nos surpreender completamente. Por mais notáveis ​​que sejam essas imagens, elas não representam o que eventualmente será a visão mais surpreendente e icônica que o JWST nos revelará. Enquanto você se maravilha com o que estamos vendo e aprendendo sobre o Universo, lembre-se: o Hubble está atualmente em seu 32º ano de operações científicas, e o JWST vem realizando ciência por apenas cerca de 4 meses, com ~ 98% + de sua vida útil ainda à frente disso. Essas novas visões gloriosas, embora sejam incríveis à sua maneira, representam apenas o primeiro gostinho do que o JWST descobrirá. Com cada novo conjunto de dados e imagens, o Universo entrará em foco de uma maneira que a humanidade nunca conheceu antes.

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