Novas imagens de uma nebulosa obtidas pelo Telescópio Espacial James Webb lançam luz sobre uma fonte fascinante de estranhas moléculas de carbono conhecidas como “fulerenos”. A nuvem de gás inclui um ponto de interrogação invertido, indicando uma estrutura que os cientistas ainda não entendem.
O O Telescópio Espacial James Webb (JWST) examinou 10.000 anos-luz no espaço para rastrear a origem das fulerenos, moléculas grandes e ocas do tamanho de uma bola de futebol. A nuvem de gás obtida em laboratório, chamada Tc1, veio de uma estrela moribunda A constelação Ara (latim para “alternativo”) no Hemisfério Sul.
Comey também liderou a equipe que descobriu as fulerenos cósmicas pela primeira vez em 2010, uma descoberta significativa o suficiente para ser publicada em um jornal. Ciência. Esse estudo foi conduzido usando a NASA Telescópio Espacial Spitzer Foi observado em comprimentos de onda infravermelhos, como JWST.
Mas a carreira do Spitzer terminou em 2020. O JWST, que tem um espelho maior e está mais longe da Terra, agora pode continuar de onde o Spitzer parou e ampliar os detalhes.
As coisas da vida
Buckyballs são propriamente conhecidos pelo nome químico Buckminsterfullerene. O carbono recebeu o nome de Buckminster Fuller, um futurista e arquiteto aeroespacial conhecido por seu trabalho em estruturas hemisféricas conhecidas como cúpulas geodésicas. Buckyballs Buckyballs se assemelham a cúpulas, cujo nome vem de um artigo de 1985 liderado por Harry Grotto na Universidade de Sussex. Alguns membros da equipe, incluindo Grotto, ganharam mais tarde o Prêmio Nobel de Química de 1996. No entanto, décadas mais tarde, a história da origem destas esferas de carbono Continua sendo um mistério.
Buckyballs são notáveis como uma classe de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), uma classe de compostos orgânicos – basicamente, As coisas da vida. Cada um desses PAHs possui “assinaturas” ou espectros de luz únicos, embora compartilhem características porque fazem parte da mesma família, disse Kami.
“Estamos agora em uma situação em que podemos realmente ver como essas fulerenos mudam em função das mudanças na temperatura, densidade e campo de radiação, especificamente dentro deste material”, disse Cami ao Space.com. Os insights desta descoberta podem fornecer insights sobre como as moléculas orgânicas se formam e evoluem.
“Estamos vendo eles (fulerenos) em muito mais coisas, em muito mais tipos diferentes”, disse Comey. “Não são apenas estrelas moribundas. Também as vemos em estrelas jovens. Nós as vemos em nuvens interestelares. Também as encontramos em meteoros em regiões de formação estelar. Portanto, vemos-nas em todo o lado… mas não as vemos com muita frequência. É um mistério.”
Como o sol morre?
A nuvem de gás JWST, conhecida como Tc 1, inclui uma estrela semelhante ao nosso Sol – mas muito mais antiga. A estrela não tem combustível para queimar e explode no espaço, ejetando camadas de gás e poeira em uma série de explosões. O que resta é um núcleo brilhante, chamado anã brancaEle emite radiação que ilumina a camada de gás.
Embora a equipe de Kami estivesse perto dessa estrela quando avistou Buckyballs pela primeira vez em 2010, houve vários motivos para o reexame. Não só o JWST tem alta resolução, permitindo detalhes muito mais precisos nas observações, mas nos anos seguintes, algumas outras “nebulosas planetárias” (o apelido associado a formações de gás, não a planetas) como Tc 1 foram detectadas com fulerenos.
“Das centenas de nebulosas planetárias, descobrimos algumas delas. Talvez 10 no máximo. Por que nessas 10 e não nas outras, ainda não sabemos”, disse Comey.
Os cientistas planeiam examinar mais de perto o Tc 1, e a análise apenas começou, para descobrir se os fulerenos se formam nesta área, de forma semelhante ao que acontece. Terra. (Não está claro como os fulerenos terrestres se formam, embora envolvam grandes quantidades de carbono, baixo oxigênio e altas temperaturas, disse Comey.)
A equipe também quer saber por que os fulerenos cósmicos emitem comprimentos de onda infravermelhos que não são previstos pelos modelos de como a radiação ultravioleta é absorvida.
“Nenhum de nossos modelos prevê exatamente qual seria a emissão exata, e isso sugere que há alguns processos nesses processos que ainda não descobrimos completamente. Podemos ter perdido alguns processos. Talvez nossos testes de laboratório para alguns dos parâmetros que precisamos não sejam tão precisos quanto precisávamos que fossem”, disse Comey.
Caixa em uma caixa
O primeiro passo é mapear onde as fulerenos estão localizados. Morgan Keyes, estudante de doutorado em física e astronomia na Western, descobriu que os buckyballs geralmente cercam as anãs brancas em suas próprias conchas. UM RelatórioGiese chamou esse padrão de “uma fulerena disposta como uma fulerena gigante”, e por que isso acontece é um mistério.
Outros detalhes virão em breve da imagem JWST obtida pelo instrumento Mid-Infrared do telescópio, ou MIRI. O professor de ciências da Saunders High School, K. Beecroft, processou a imagem, disse Comey; Eles se conheceram por meio de eventos de lançamento de escolas ocidentais e se conectaram por meio do programa de orientação da universidade.
“Ela é uma astrônoma amadora… Fiquei realmente impressionado com as fotos dela, então perguntei se ela estaria interessada em fazer isso. Em poucas horas, ela me enviou esta foto. Eu estava tipo, ‘Caramba’.”
Além de detectar filamentos de gás, o telescópio também descobriu detalhes espectroscópicos que serão publicados em breve numa série de artigos científicos. Um artigo abordará esse mistério da emissão infravermelha, com detalhes que serão divulgados assim que a proibição for suspensa, disse Comey.
“Na verdade, estamos analisando quais são os processos físicos que fazem com que os fulerenos apareçam no infravermelho. Descobrimos que há mais alguns processos em jogo do que pensávamos anteriormente”, disse ele.
De forma mais geral, as observações mostram não apenas a origem dos fulerenos, mas também o que acontece ao ambiente à medida que a estrela moribunda entra em colapso: é a temperatura da nebulosa, a composição química, a densidade e os movimentos do gás. Os cientistas consideram esta a primeira observação detalhada de uma nebulosa planetária e esperam levar os seus conhecimentos a nebulosas semelhantes noutros locais.
A equipe de Comey teve mais tempo no JWST para observar duas outras nebulosas planetárias no outono, com muitos fulerenos visíveis em seus espectros. “A diferença entre esses materiais é que o campo de radiação é muito diferente. Por isso os escolhemos para realmente estudar, para ver qual é o efeito do campo de radiação”, disse Comey.
A fotoquímica e a fotofísica – cuja química e física são impulsionadas pelas emissões de luz – podem afetar a forma como esses ambientes são projetados, mas a compreensão disso exigirá estudos mais aprofundados, sugere a equipe.
