Como segurar uma estrela morta em suas mãos
Comparação das imagens compostas de 2006 e 2013 do remanescente de supernova Cassiopeia A tirada com o Observatório de raios-X Chandra. Crédito da imagem: NASA/CXC/SAO.
Pode não ser um remanescente real de supernova, mas graças à impressão 3D, é a próxima melhor coisa!
Este artigo foi escrito por Kim Kowal Arcand. Kim é o líder de visualização do Observatório de Raios-X Chandra da NASA, fazendo ciência pública e visualização de dados. Ela também é co-autora de livros de ciência popular.
Quando uma estrela se transforma em supernova, a explosão emite luz suficiente para ofuscar um sistema solar inteiro, até mesmo uma galáxia. Tais explosões podem desencadear a criação de novas estrelas. À sua maneira, não era diferente de nascer.
– Todd Nelsen
Objetos no espaço estão bastante distantes. A Lua é nosso vizinho celestial mais próximo a quase um quarto de milhão de milhas da Terra, e a estrela mais próxima, nosso Sol, está a 93 milhões de milhas de distância. Essas distâncias extremas significam que geralmente é impossível tocar objetos reais no espaço (não obstante meteoritos que caem no chão). Avanços em astronomia e tecnologia, no entanto, agora permitem que você faça a próxima melhor coisa: mantenha um modelo 3-D de um baseado em dados reais.
A história por trás de um feito tão notável começa com a forma como os astrônomos estudam o espaço. Ao contrário das gerações anteriores de observadores do céu, os astrônomos de hoje observam o Universo em muitos tipos de luz, em todo o espectro eletromagnético. Através de telescópios e detectores avançados, os cientistas podem ver desde ondas de rádio até raios gama. Por que isso é importante? Precisamos olhar para o Universo em todos os tipos de luz para começar a entendê-lo.
Tome raios-X, por exemplo. Já em 1999, Observatório de raios-X Chandra da NASA foi lançado para observar o Universo de alta energia, incluindo coisas como galáxias em colisão, buracos negros e remanescentes de supernovas. Um desses remanescentes de supernova que Chandra estuda é Cassiopeia A. Cerca de 400 anos atrás, em nossa própria galáxia Via Láctea, uma estrela que tinha cerca de 15 a 20 vezes a massa do nosso Sol, detonou em uma explosão de supernova.
Cassiopeia A está localizada a cerca de 10.000 anos-luz da Terra. Como isso se compara com nossos objetos cósmicos locais do Sol e da Lua? Um ano-luz é igual à distância que a luz percorre em um ano, ou pouco menos de 6 trilhões de milhas (~ 10 trilhões de km). Isso significa que Cassiopeia A está a impressionantes 60.000.000.000.000.000 milhas (100.000.000.000.000.000 km) da Terra. Mas como está em nossa Via Láctea, ainda está em nosso quintal cósmico, por assim dizer.
O remanescente de supernova Cassiopeia A, como fotografado na parte visível do espectro pelo Telescópio Espacial Hubble. Crédito da imagem: NASA, ESA e Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration. Agradecimentos: Robert A. Fesen (Dartmouth College, EUA) e James Long (ESA/Hubble).
Se olharmos para a Cassiopeia A em luz óptica, do tipo que o olho humano detecta, vemos uma delicada estrutura filamentar a cerca de 10.000 graus Celsius.
A morte ganha vida na imagem de raios-X de Cassiopeia A do Chandra, no entanto, olhando para um material muito mais quente, a milhões de graus. Há tanta energia que aquece o campo de detritos a temperaturas que fazem com que o material brilhe na luz de raios-X.
Cassiopeia A na luz de raios-X do Observatório de raios-X Chandra. Crédito da imagem: NASA/CXC/SAO.
Mas como chegamos a este ponto? Quando um satélite como o Chandra observa um objeto no espaço, sua câmera registra fótons – essencialmente um pacote de energia que compõe a radiação eletromagnética, também conhecida como luz. As chegadas desses fótons são registradas por detectores a bordo do Chandra e entregues à Terra através da Deep Space Network da NASA, uma série de grandes antenas de rádio em todo o mundo. Os dados são codificados na forma de 1's e 0's, e o software científico (na Terra) traduz esses dados em uma tabela que contém o tempo, a energia e a posição de cada fóton que atingiu o detector durante a observação. Os dados são posteriormente processados com software para formar a representação visual do objeto.
O caminho de dados da fonte cósmica, para o satélite, para a Terra. Os dados transmitidos em código binário antes de serem traduzidos em uma representação visual do objeto. Crédito da imagem: NASA/CXC/SAO.
Uma vez que os dados estão na forma de uma imagem, cores diferentes podem ser atribuídas a várias fatias de luz detectadas. Por exemplo, uma paleta de cores comum de ordenação cromática é baseada na quantidade de energia e geralmente inclui três camadas: vermelho é aplicado à faixa de energia mais baixa, verde à média e, em seguida, azul à faixa de energia mais alta no conjunto de dados.
As energias de raios-X baixa, média e alta dos dados do Chandra são mostradas em vermelho, verde e azul. Crédito da imagem: NASA/CXC/SAO (cortesia, C.Jones).
Quando isso é feito para os raios X detectados pelo Chandra para Cassiopeia A, novas e importantes informações são reveladas. Os arcos azuis e finos na imagem mostram onde a aceleração está ocorrendo em uma onda de choque em expansão gerada pela explosão. As regiões vermelha e verde mostram o material da estrela destruída que foi aquecido a milhões de graus pela explosão.
O Observatório de Raios-X Chandra da NASA observou Cassiopeia A muitas vezes ao longo dos 17 anos em que está em operação. A quantidade agregada de tempo de observação é superior a dois milhões de segundos, o que significa que há uma grande quantidade de informações para trabalhar. Os cientistas podem usar esse rico conjunto de dados para ir além de uma imagem estática e vê-la se movendo ao longo do tempo.
Este filme de lapso de tempo dos dados de raios-X do Chandra foi feito combinando observações feitas em 2000, 2002, 2004 e 2007 . Os cientistas podem usar isso para medir a velocidade de expansão da borda de ataque da onda de explosão externa. Os pesquisadores descobriram que a velocidade é de cerca de 11 milhões de milhas por hora.
Mas isso não é tudo. Ao combinar raios-X do Chandra com dados infravermelhos de outro observatório da NASA em órbita, o Telescópio Espacial Spitzer, além de informações de luz visível de telescópios no solo, algo especial pode ser feito. Pela primeira vez, uma reconstrução tridimensional de um remanescente de supernova foi criada usando esses dados obtidos em diferentes tipos de luz. Como a Cassiopeia A é o resultado de uma explosão, os detritos estelares estão se expandindo radialmente para fora do centro da explosão. Usando geometria simples e o efeito Doppler, podemos criar um modelo 3-D. Esses dados foram na verdade importado para um programa originalmente usado para imagens cerebrais, que foi então modificado para dados astronômicos pelo Astronomical Medicine Project em Harvard .
A visão sobre a estrutura de Cas A obtida a partir desta visualização 3-D é importante para os astrônomos que constroem modelos de explosões de supernovas. Agora, eles devem considerar que as camadas externas da estrela saem esfericamente, mas as camadas internas saem mais parecidas com discos com jatos de alta velocidade em várias direções.
Embora este modelo 3-D seja empolgante para os astrônomos que estudam estrelas explodidas, o trabalho em Cassiopeia A não é apenas para especialistas. Colaboração com especialistas da Smithsonian Institution levou à criação da primeira impressão 3-D de um remanescente de supernova com base em dados observacionais. Este modelo de Cas A está disponível gratuitamente online para que você também possa fazer uma cópia se tiver acesso a uma impressora 3D em sua biblioteca local, Maker Space, escola, etc. .
O remanescente de supernova Cassiopeia A, renderizado para impressão 3D. Crédito da imagem: NASA/CXC/SAO & Smithsonian Institution, com uma captura de tela feita via http://3d.si.edu/explorer?modelid=45 .
Essa é a história de como um objeto cósmico – ou pelo menos uma representação de um – desceu à Terra. Levou centenas de anos, uma jornada de trilhões de quilômetros e alguns avanços científicos e técnicos incríveis, mas agora qualquer um pode segurar (os restos de) uma estrela morta em suas mãos.
Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes , e é oferecido a você sem anúncios por nossos apoiadores do Patreon . Comente em nosso fórum , & compre nosso primeiro livro: Além da Galáxia !
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