ESO
A água é crucial para a vida. Mas como é que fazemos água? Para “cozinhar” H2O, não basta apenas misturar hidrogénio e oxigénio. Requer as condições especiais encontradas nas profundezas de nuvens moleculares frias, onde a poeira protege contra a destrutiva radiação ultravioleta e ajuda às reações químicas.
O Telescópio Espacial James Webb da NASA examinará esses reservatórios cósmicos para obter novos conhecimentos sobre a origem e evolução da água e sobre outros blocos de construção dos planetas habitáveis.
Uma nuvem molecular é uma nuvem interestelar composta por poeira, gás e por uma variedade de moléculas que variam desde o hidrogénio molecular (H2) até compostos orgânicos complexos contendo carbono. As nuvens moleculares possuem a maioria da água no Universo e servem como berçários para estrelas recém-nascidas e seus planetas.
Dentro destas nuvens, nas superfícies de pequenos grãos de poeira, os átomos de hidrogénio ligam-se com o oxigénio para formar água. O carbono junta-se ao hidrogénio para formar metano. O azoto junta-se ao hidrogénio para produzir amoníaco. Todas estas moléculas pegam-se à superfície de grãos de poeira, acumulando camadas geladas ao longo de milhões de anos.
O resultado é uma vasta coleção de “flocos de neve” que são varridos por planetas infantis, fornecendo os materiais necessários para a vida como a conhecemos. “Se pudermos entender a complexidade química destes gelos na nuvem molecular, e como evoluem durante a formação de uma estrela e dos seus planetas, podemos avaliar se os blocos de construção da vida existem em cada sistema estelar”, comenta Melissa McClure da Universidade de Amesterdão, a investigadora principal de um projeto que investiga gelos cósmicos.
Para entender estes processos, um dos primeiros objetivos científicos oficiais do Webb será examinar uma região de formação estelar próxima para determinar quais os gelos aí presentes.
“Planeamos usar uma variedade de modos e capacidades dos instrumentos do Webb, não só para investigar esta região, mas também para aprender a melhor maneira de estudar gelos cósmicos”, comenta Klaus Pontoppidan do STScI (Space Telescope Science Institute), investigador no projeto de McClure.
Este projeto aproveitará os espectrógrafos de alta resolução do Webb para obter as observações mais sensíveis e precisas em comprimentos de onda que medem especificamente gelos. Os espectrógrafos do Webb, NIRSpec e MIRI, fornecerão até cinco vezes a precisão de qualquer telescópio espacial anterior em comprimentos de onda do infravermelho próximo e médio.
Estrelas infantis e berços de cometas
A equipa, liderada por McClue e pelos investigadores Adwin Boogert (Universidade do Hawaii) e Harold Linnartz (Universidade de Leiden), planeia ter como alvo o Complexo de Camaleão, uma região de formação estelar visível no hemisfério sul. Está localizado a cerca de 500 anos-luz da Terra e contém várias centenas de protoestrelas, as mais antigas com aproximadamente 1 milhão de anos. “Esta região tem um pouco de tudo o que procuramos,” comenta Pontoppidan.
A equipa usará os sensíveis detetores infravermelhos do Webb para observar estrelas por trás da nuvem molecular. À medida que a luz dessas ténues estrelas de fundo passa através da nuvem, os gelos na nuvem absorvem parte da luz.
Ao observar muitas estrelas de fundo espalhadas pelo céu, os astrónomos podem mapear os gelos em toda a expansão da nuvem e localizar onde se formam os diferentes gelos. Vão também ter como alvo protoestrelas individuais dentro da própria nuvem para aprender como a radiação ultravioleta dessas estrelas nascentes promove a criação de moléculas mais complexas.
Os astrónomos também vão examinar os locais de nascimento de planetas, discos rotativos de gás e poeira conhecidos como discos protoplanetários que rodeiam estrelas recém-formadas. Serão capazes de medir as quantidades e as abundâncias relativas dos gelos até 8 mil milhões de quilómetros da estrela infantil, pouco mais do que a distância orbital de Plutão no nosso Sistema Solar.
“Os cometas têm sido descritos como bolas de neve empoeiradas. Pelo menos parte da água nos oceanos da Terra foi provavelmente entregue pelos impactos de cometas no início da história do nosso Sistema Solar. Nós vamos observar os locais onde os cometas se formam em torno de outras estrelas”, explicou Pontoppidan.
Experiências de laboratório
Para entender as observações do Webb, os cientistas precisarão de realizar experiências na Terra. Os espectrógrafos do Webb vão espalhar a radiação infravermelha num espectro. As diferentes moléculas absorvem a luz em determinados comprimentos de onda, ou cores, resultando em linhas espectrais escuras.
Os laboratórios conseguem medir uma variedade de substâncias para criar uma base de dados de “impressões digitais” moleculares. Quando os astrónomos veem essas impressões digitais num espectro do Webb, podem então identificar a molécula ou família de moléculas que formaram as linhas de absorção.
“Os estudos de laboratório ajudarão a abordar duas questões-chave. A primeira é quais as moléculas presentes. Mas, igualmente importante, veremos como os gelos aí chegaram. Como é que se formaram? O que encontrarmos com o Webb ajudará a informar os nossos modelos e permitirá compreender os mecanismos da formação de gelo a temperaturas muito baixas”, explicou Karin Öberg do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica, investigadora do projeto.
“Serão precisos anos para estudar completamente os dados recolhidos pelo Webb”, acrescenta Öberg.
O Telescópio Espacial James Webb será o principal observatório espacial infravermelho da próxima década. O Webb ajudará a Humanidade a resolver os mistérios do nosso Sistema Solar, a olhar além para mundos distantes em torno de outras estrelas e a investigar as misteriosas estruturas e origens do nosso Universo. É um projeto internacional liderado pela NASA e tem como parceiros a ESA e a CSA (Canadian Space Agency).
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