Foguete da NASA verá o limite escaldante de uma supernova em formação de estrelas

Uma nova missão de foguete de sondagem está indo ao espaço para entender como as mortes estelares explosivas estabelecem as bases para novos sistemas estelares. O Experimento Espectroscópico Ultravioleta de Campo Integral, ou INFUSE, missão de foguete de sondagem, será lançado do White Sands Missile Range no Novo México em 29 de outubro de 2023, às 21h35 MDT.

Durante alguns meses de cada ano, a constelação Cygnus (latim para “cisne”) mergulha no céu noturno do hemisfério norte. Logo acima de sua asa está um alvo favorito tanto para astrônomos de quintal quanto para cientistas profissionais: o Cygnus Loop, também conhecido como Nebulosa do Véu.

O Cygnus Loop é o remanescente de uma estrela que já teve 20 vezes o tamanho do nosso Sol. Há cerca de 20 mil anos, essa estrela entrou em colapso sob a sua própria gravidade e explodiu numa supernova. Mesmo a 2.600 anos-luz de distância, os astrônomos estimam que o flash de luz teria sido brilhante o suficiente para ser visto da Terra durante o dia.

Esta imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA mostra parte da Nebulosa do Véu ou Cygnus Loop. Para criar esta imagem colorida, observações foram feitas pelo instrumento Wide Field Camera 3 do Hubble usando cinco filtros diferentes. Novos métodos de pós-processamento aprimoraram ainda mais os detalhes das emissões de oxigênio duplamente ionizado (mostrado aqui em tons de azul), hidrogênio ionizado e nitrogênio ionizado (mostrado aqui em tons de vermelho).ESA/Hubble e NASA, Z. Levay

As supernovas fazem parte de um grande ciclo de vida. Eles pulverizam metais pesados ​​forjados no núcleo de uma estrela nas nuvens de poeira e gás circundantes. Eles são a fonte de todos os elementos químicos do nosso universo mais pesados ​​que o ferro, incluindo aqueles que constituem o nosso próprio corpo. A partir das nuvens agitadas e do material estelar deixado em seu rastro, gases e poeira das supernovas gradualmente se aglomeram para formar planetas, estrelas e novos sistemas estelares.

“Supernovas como a que criou o Cygnus Loop têm um enorme impacto na forma como as galáxias se formam”, disse Brian Fleming, professor pesquisador da Universidade do Colorado em Boulder e investigador principal da missão INFUSE.

O Cygnus Loop oferece uma rara visão de uma explosão de supernova ainda em andamento. Com já mais de 120 anos-luz de diâmetro, a enorme nuvem ainda hoje se expande a aproximadamente 930.000 milhas por hora (cerca de 1,5 milhões de quilómetros por hora).

O que os nossos telescópios captam do Cygnus Loop não é a explosão da supernova em si. Em vez disso, vemos a poeira e o gás superaquecidos pela frente de choque, que brilha à medida que esfria novamente.

“O INFUSE observará como a supernova despeja energia na Via Láctea, captando a luz emitida no momento em que a onda de choque atinge bolsões de gás frio flutuando ao redor da galáxia”, disse Fleming.

Para ver essa frente de choque no seu limite escaldante, Fleming e a sua equipa desenvolveram um telescópio que mede a luz ultravioleta distante – um tipo de luz demasiado energética para os nossos olhos verem. Esta luz revela gás a temperaturas entre 90.000 e 540.000 graus Fahrenheit (cerca de 50.000 a 300.000 graus Celsius) que ainda está fervendo após o impacto.

INFUSE é um espectrógrafo de campo integral, o primeiro instrumento desse tipo a voar para o espaço. O instrumento combina os pontos fortes de duas formas de estudar a luz: imagem e espectroscopia. Seus telescópios típicos possuem câmeras que se destacam na criação de imagens – mostrando de onde vem a luz, revelando fielmente seu arranjo espacial. Mas os telescópios não separam a luz em diferentes comprimentos de onda ou “cores” – em vez disso, todos os diferentes comprimentos de onda se sobrepõem na imagem resultante.

A espectroscopia , por outro lado, pega um único feixe de luz e o separa em seus comprimentos de onda ou espectro componentes, da mesma forma que um prisma separa a luz em um arco-íris. Este procedimento revela todos os tipos de informações sobre a composição da fonte de luz, sua temperatura e como ela se move. Mas a espectroscopia só pode observar uma única faixa de luz de cada vez. É como olhar para o céu noturno através de um estreito buraco de fechadura.

O instrumento INFUSE captura uma imagem e depois a “fatia”, alinhando as fatias em um “buraco de fechadura” gigante. O espectrômetro pode então espalhar cada uma das fatias em seu espectro. Esses dados podem ser remontados em uma imagem tridimensional que os cientistas chamam de “cubo de dados” – como uma pilha de imagens onde cada camada revela um comprimento de onda específico de luz.

A estudante de doutorado Emily Witt instala o delicado fatiador de imagem – a principal tecnologia óptica do INFUSE – em sua montagem em uma sala limpa CU-LASP antes da integração na carga útil.CU Boulder LASP/Brian Fleming

Utilizando os dados do INFUSE, Fleming e a sua equipa não só identificarão elementos específicos e as suas temperaturas, mas também verão onde esses diferentes elementos se encontram ao longo da frente de choque.

“É um projeto muito interessante de se fazer parte”, disse a estudante de pós-graduação Emily Witt, também da CU Boulder, que liderou a maior parte da montagem e testes do INFUSE e liderará a análise de dados. “Com estas medições inéditas, compreenderemos melhor como estes elementos da supernova se misturam com o ambiente que os rodeia. É um grande passo para compreender como o material das supernovas se torna parte de planetas como a Terra e até de pessoas como nós.”

Para chegar ao espaço, a carga útil do INFUSE voará a bordo de um foguete de sondagem. Esses foguetes ágeis e sem tripulação são lançados ao espaço por alguns minutos para coleta de dados antes de voltarem ao solo. A carga útil do INFUSE voará a bordo de um foguete de sondagem Black Brant 9 de dois estágios, visando uma altitude máxima de cerca de 150 milhas (240 quilômetros), onde fará suas observações, antes de saltar de paraquedas de volta ao solo para ser recuperada. A equipe espera atualizar o instrumento e lançá-lo novamente. Na verdade, partes do foguete INFUSE foram reaproveitadas da missão DEUCE, lançada da Austrália em 2022.

O Programa Sounding Rocket da NASA   é conduzido no  Wallops Flight Facility da agência  em Wallops Island, Virgínia, que é gerenciado pelo  Goddard Space Flight Center da NASA  em Greenbelt, Maryland. A Divisão de Heliofísica da NASA   gerencia o programa de foguetes de sondagem da agência. O desenvolvimento da carga útil INFUSE foi apoiado pela  Divisão de Astrofísica da NASA .

Fonte e fotos: NASA

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