TIME DE ASTROFÍSICOS FAZ MAPA 3D DA NEBULOSA DO HOMÚNCULO

Clique aqui para baixar o paper publicado na MNRAS em 8 de Julho 2014 (formato PDF 1.7 MB)

THE THREE-DIMENSIONAL STRUCTURE OF THE ETA CARINAE HOMUNCULUS: Wolfgang Steffen - UNAM - Mexico; Mairan Teodoro, Thomas Madura, Theodore Gull, Michael Corcoran e Kenji Hamaguchi- NASA/Goddard Space Flight Center - USA; José Groh - Geneva Observatory - Suissa; Andrea Mehener - ESO - Chile; Augusto Damineli - IAGUSP - Brasil Nota: a) a ordem de nomes não é exatamente a que está no paper; b) os autores têm afiliações adicionais..

Clique aqui para ver o press release feito pela NASA e baixar videos e ilustrações: http://svs.gsfc.nasa.gov/goto?11568

AS DESCOBERTAS
Um grupo de nove astrofísicos - entre os quais três brasileiros - acaba de fazer um mapa tridimensional da nebulosa de poeira (conhecida como Homúnculo) que envolve a estrela Eta Carinae. Além da forma bipolar, já conhecida, o trabalho mostra uma série de protuberâncias (protrusions), depressões (trenches), buracos (holes) e desvio da simetria axial. Isto só foi conseguido até agora para raríssimos corpos celestes fora do sistema solar. Além de ser um marco técnico, o resultado é relevante para se estudar a dinâmica de formação dessa nebulosa. A maioria dessas estruturas está ligada diretamente ao sistema de estrelas duplas localizado no coração do Homúnculo. As marcas formam uma espécie de "impressão digital" do nascimento da nebulosa. A nuvem de gás e poeira, ao ser ejetada pela estrela principal do par binário, interagiu com o material que estava acumulado no plano orbital do sistema, deixando marcas nele.

Fotografia do Homúnculo cercado por nebulosa mais velha (crédito: NASA/HST) e modelo 3D feito com o SHAPE

Os principais resultados são:

1-A forma e tamanho dos lóbulos (o "azul" (blue) que está no nosso lado e o "vermelho" (red) que está atrás) não são exatamente iguais. Do mesmo modo, os eixos principais de cada lóbulo não estão perfeitamente alinhados. (Neste contexto, azul quer dizer da frente e vermelho de trás)

2-Cada um dos lóbulos apresenta um buraco principal polar, praticamente alinhados com o eixo orbital do sistema binário.

3-Cada lóbulo apresenta uma protuberância saindo da "cintura" do Homúnculo e uma é uma imagem espelhada da outra.

4-O lóbulo "azul" apresenta uma depressão, que é simétrica à do lóbulo "vermelho".

5- As protuberâncias que saem da cintura do Homúnculo e as depressões que marcam suas regiões polares estão alinhadas com as paredes da cavidade (110 graus de abertura) formada pela colisão entre os ventos das estrelas do par binário.

6- Nossa linha de visada passa pelo eixo da cavidade produzida pela colisão de ventos e essa cavidade fica aberta para nosso lado quando as estrelas estão no apastro (a maior parte do ciclo orbital). O periastro está do lado oposto e também produz um par protuberância/depressão para o lado de trás.

A TÉCNICA
OS DADOS- foram tomados com o espectrógrafo X-shooter montado no telescópio de 8m VLT do ESO. A nebulosa foi varrida em 92 posições pela fenda do espectrógrafo, resultando em um "cubo de dados" com resolução espacial de 0.4 segundos de arco e com 30 Km/s em velocidade. A ideia é fazer um "tomograma" olhando somente de uma única direção, já que não podemos olhar o objeto de ângulos diferentes como é feito com essa técnica de medicina.

O SOFTWARE - O programa SHAPE, desenvolvido pelo primeiro autor, Wolfgang Steffen, foi usado para modelar o cubo de dados montado com a linha espectral do H2 em 2.12 microns. Ele usa o fato de que a casca de poeira é opaca e produz a forma projetada no céu que aparece nas fotos. É claro que isso só permite ver o lado de cá da nebulosa. Por outro lado, a nebulosa é transparente para a linha do H2 em 2.12 microns, o que permite ver ambos os lados, mas misturados em cada ponto. Em cada ponto velocidade projetada na nossa direção é diferente na parte da frente compara com a parte de trás, o que permite distinguir os dois lados. A emissão molecular do Hidrogênio (H2) se deve ao choque da camada de poeira com o gás interestelar e é uma "película" muito fina.

Partimos do fato que, numa película em expansão livre saindo de um centro (a estrela principal etaA), quanto maior a velocidade de um ponto na origem, maior sua distância do centro hoje. A distância é simplesmente a velocidade de ejeção multiplicada pela idade da nebulosa: 171 anos. Se a velocidade de todos os pontos da superfície fosse a mesma, a nebulosa seria esférica. No caso de uma nebulosa bipolar com simetria axial, a velocidade é máxima (650 Km/s) na direção dos polos e mínima no equador, ou seja, a velocidade varia com o ângulo a partir da direção dos polos, seguindo uma certa lei. Testamos várias leis e inclinamos a nebulosa em várias direções até reproduzir o Homúnculo. Isso é uma simplificação que tem a vantagem de nos fornecer qual o valor de XYZ e a velocidade projetada em nossa direção para cada ponto XY observado ao telescópio. Mas é claro que isso não dá conta da forma detalhada. Por exemplo, esse modelo indica a posição da película de H2 pelo lado de dentro da camada de poeira, enquanto que, observando as bordas do Homúnculo, vemos que é o contrário.

O software SHAPE parte desse mapa simétrico (simplificado) e compara suas posições projetadas no plano XY e em velocidade com o que se observa no cubo de dados da linha espectral do H2. Em alguns pontos, simplesmente não existe emissão H2 e aí o programa marca a existência de um buraco. Em outros lugares, a velocidade de expansão é menor que a do modelo, porque neles a película de H2 se atrasou em relação à média dos pontos vizinhos. Essa região forma portanto uma depressão. Em outros, a velocidade é maior que a média, caracterizando uma protuberância.

O jogo a partir daqui é descobrir o que produziu essas deformações. As maiores, como os buracos polares, estão alinhadas os polos do sistema binário que está lá no centro do sistema. As protuberâncias e vales estão alinhados com as paredes da cavidade produzida pela colisão de ventos. Isso nos leva a propor uma relação de causa e efeito entre estes componentes do sistema e a marcas que mapeamos no Homúnculo. O jogo daqui pra frente será calcular quais componentes do sistema binário e de seu entorno produziram as marcas observadas, e como isso aconteceu quando o Homúnculo era mil vezes menor que hoje.

Par maiores detalhes, leia o paper no MNRAS, no link do topo desta página..

Clique no link para baixar o filme mostrando a nebulosa por todos os ângulos (homunculo.mov - 4.3MB).

DADOS FÍSICOS DO HOMUNCULO
O Homúnculo foi criado por uma grande explosão observada no ano de1843, quando Eta Carinae se tornou a segunda estrela mais brilhante do céu noturno. Ela continua se expandindo na forma de 2 lóbulos, cujo eixo maior é inclinado de ~45graus em relação à nossa linha de visada. Cada um dos lóbulos tem 1.5 trilhões de Km. No equador, a velocidade de expansão é quase zero, por isso ele tem esse aspecto de cintura. A velocidade é tanto maior quanto mais próxima da direção dos polos, onde atinge 650 Km/s. Sua constituição é de uma casca fina de poeira, que é opaca à luz visível, e contém cerca de 15 vezes a massa do Sol. Como mostrado recentemente por Nathan Smith, isso exige a energia de uma explosão nuclear, como as que ocorrem em explosão de supernovas. O grande mistério é que as supernovas destroem a estrela, enquanto Eta Carinae sobreviveu à catástrofe. Talvez exista uma forma rara de detonação nuclear parcial (destruição matériaXantimatéria) de estrelas como Eta Carinae.

O sistema binário fica no encontro dos 2 lóbulos e tem o tamanho da órbita de Júpiter: mil vezes menor que o Homúnculo.

"PRINT" 3D
O CTI Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer de Campinas produziu um print 3D usando o cubo de dados produzido pelo programa SHAPE em ABS, como se vê na figura. Este tem 18cm de comprimento.

Você pode ter sua impressão pessoal 3D do Homúnculo, baixando um dos arquivos anexos e enviando para uma empresa especializada. Para fazer uma superfície mais lisa é recomendável interpolar o cubo de dados antes de enviar para a máquina.

Versão para ABS ou outro material- até ~20 cm (Homunculo_3D.stl - 4.4MB).

Versão para acrílico - alguns centímetros - acrilico_3D.OBJ - 1.2 MB