A impressão 3D coloca o sistema gigante da estrela na palma da sua mão

Um modelo impresso em 3D da nebulosa do Homúnculo é comparado a uma imagem do objeto no Telescópio Espacial Hubble.

Um modelo impresso em 3D da nebulosa do Homúnculo é comparado a uma imagem do objeto no Telescópio Espacial Hubble. (Crédito da imagem: NASA Goddard Space Flight Center / Ed Campion)

A maioria dos astrônomos depende de imagens planas para estudar objetos cósmicos, mas um grupo de pesquisadores está adotando uma abordagem alternativa: eles estão criando modelos impressos em 3D de um sistema estelar gigante para estudar suas características físicas e investigar seu passado misterioso.

Eta Carinae é o sistema estelar mais brilhante e massivo dentro de 10.000 anos-luz da Terra e consiste em duas estrelas rodeadas por conchas luminosas de gás. Um grupo de cientistas procurando entender melhor como esse sistema se formou criou simulações de computador complexas que previam como o gás deveria se mover e mudar conforme as estrelas orbitam uma à outra. A equipe de ciência também criou um vídeo detalhando suas descobertas sobre Eta Carinae , com base em suas descobertas.



Mas as simulações eram difíceis de decifrar na tela do computador, então os cientistas usaram um impressora 3d para trazer recursos do Eta Carinae à vida em três dimensões. Os pesquisadores planejam tornar os planos de impressão 3D disponíveis ao público, para que qualquer pessoa com uma impressora 3D possa segurar este complexo sistema estelar em suas mãos. [ 10 maneiras pelas quais a impressão 3D pode transformar a viagem espacial ]

O mesmo grupo de astrônomos tem estudado Eta Carinae com uma variedade de telescópios para sondar seu passado e fazer previsões sobre seu futuro. O exame do sistema com os instrumentos revelou projéteis de gás de explosões anteriores fugindo da estrela mais massiva a um milhão de milhas por hora.

Os novos dados permitiram aos pesquisadores rastrear o vento cósmico saindo da estrela primária e revelar estruturas semelhantes a garras em expansão. Ao mesmo tempo, a impressora 3-D detectou protrusões em forma de dedo até então invisíveis na região onde os ventos de ambas as estrelas colidem. Juntos, a variedade de métodos produziu a imagem mais abrangente do sistema binário até hoje.

Os resultados foram apresentados por uma equipe de pesquisa coordenada por Theodore Gull, da NASA Goddard, no mês passado no 225ª reunião da American Astronomical Society Em seattle.

Impressão 3D para ciência

As duas estrelas massivas de Eta Carinae orbitam uma à outra a cada 5,5 anos e estão localizadas a cerca de 7.500 anos-luz da Terra, na constelação do sul de Carina (a quilha). Em sua órbita, as estrelas podem estar tão distantes quanto o sol e Netuno, ou tão próximas quanto o sol e Marte. Duas cascas massivas de gás em expansão chamadas de 'homúnculo' afastando-se das estrelas centrais, provavelmente resultante de um evento explosivo que fez com que o sistema brilhasse quase tão intensamente quanto Sirius na década de 1840.

Em 2009, Theodore Gull, da NASA Goddard, começou a estudar as duas estrelas massivas de Eta Carinae e os lóbulos de gás que se estendem em ambas as direções com o Espectrógrafo de Imagens do Telescópio Espacial (STIS) a bordo do Telescópio Espacial Hubble. Ele descobriu várias características incomuns nos lóbulos de gás, incluindo uma que ele compara a um caranguejo azul de Maryland.

O 'caranguejo', com suas características semelhantes a garras, é um remanescente de mais de 10 anos atrás, ou cerca de duas vezes o tempo que as duas estrelas em Eta Carinae levam para orbitarem uma à outra. As observações revelam as bolhas difusas de gás expandindo-se para fora com o tempo, fugindo das estrelas a cerca de um milhão de milhas (1,6 milhão de quilômetros) por hora.

'O Hubble / STIS está realmente resolvendo o que eu chamaria de ventos fósseis', disse Gull, denominando seu trabalho de escavação de estruturas de ciclos anteriores como 'astroarqueologia'. [ Fotos incríveis do telescópio espacial Hubble ]

E Carinae

A grande erupção de Eta Carinae na década de 1840 criou a ondulante nebulosa Homunculus, fotografada aqui pelo Telescópio Espacial Hubble. A nuvem em expansão contém material suficiente para fazer pelo menos 10 cópias do nosso sol. Os astrônomos ainda não sabem o que causou a erupção, mas novas pesquisas estão aproximando os cientistas do entendimento desse sistema complexo.(Crédito da imagem: NASA, ESA e a equipe Hubble SM4 ERO)

Foram essas observações que conduziram Gull ao caminho da criação de um modelo tridimensional de Eta Carinae.

Primeiro, o teórico Thomas Madura, também de Goddard, usou as observações detalhadas da ampulheta astronômica para construir uma simulação de supercomputador tridimensional do binário central interativo. Mas as estruturas continuaram indefinidas. Madura recorreu a uma impressora 3D comercial para sondar o objeto astronômico distante.

“Até onde sabemos, essas são as primeiras impressões 3D do mundo de uma simulação de supercomputador de um sistema astrofísico complexo”, disse ele.

A equipe criou modelos impressos de Eta Carinae em três momentos diferentes durante seu ciclo orbital - quando as estrelas estavam mais distantes, quando estavam mais próximas e três meses depois de sua maior aproximação. O resultado levou a uma descoberta científica surpreendente.

'Como resultado deste trabalho de impressão 3D, descobrimos realmente essas saliências em forma de dedo que se estendem radialmente para fora da região de colisão em espiral', disse Madura.

'Estas são características que nós realmente não sabíamos que existiam.'

Os cientistas pensam que as características, que são muito pequenas para serem resolvidas com os telescópios atuais, são características reais que chegam de instabilidades físicas que resultam do fluxo de gás de uma estrela essencialmente colide com uma parede de gás dos ventos de seu companheiro.

Os modelos 3D impressos devem ajudar a equipe e outros cientistas a compreender melhor o que está acontecendo no coração do Eta Carinae, bem como em sua superfície. Um artigo detalhando essa pesquisa foi publicado na edição de 8 de julho de 2014 dos Avisos Mensais da Royal Astronomical Society.

A equipe pretende colocar os arquivos de impressão 3D em um site e disponibilizá-los ao público em geral. Qualquer pessoa com acesso a uma impressora 3D poderá ter nas mãos modelos físicos da Eta Carinae. Esses modelos 3D podem ser úteis para fins educacionais, bem como para deficientes visuais, sugeriu Madura.

'É uma ótima maneira de comunicar resultados científicos complicados a não especialistas e ao público em geral', disse Madura.

Um novo modelo de formato de Eta Carinae

Um novo modelo de forma da concha externa de gás do Eta Carinae revela protuberâncias, trincheiras, buracos e irregularidades em sua emissão de hidrogênio molecular. Os cientistas que criaram as simulações de computador 3D também criaram modelos impressos em 3D do sistema estelar luminoso.(Crédito da imagem: NASA Goddard Space Flight Center, inserção: NASA, ESA, Hubble SM4 ERO Team)

Ventos fortes

Estima-se que a mais brilhante das duas estrelas em Eta Carinae - a estrela primária - tenha a massa de 90 sóis, enquanto brilha mais de 5 milhões de vezes mais intensamente. O sistema brilha tanto que a segunda estrela não foi encontrada até 2005, e caracterizá-la continua sendo um desafio.

'A própria Eta Carinae é tão luminosa que não podemos ver claramente a segunda estrela', disse Madura. A equipe de pesquisa suspeita que a estrela tenha cerca de 30 massas solares e emita uma luz tão forte quanto um milhão de sóis.

Embora a maioria dos cientistas suspeite que a estrela mais brilhante teve a erupção que criou os lóbulos de gás, Madura disse: 'Na verdade, não sabemos qual estrela teve a erupção.'

A proximidade das duas estrelas significa que os ventos estelares, cheios de material da superfície das estrelas, fluem para fora e se chocam.

O vento denso da estrela primária viaja a quase um milhão de milhas (1,6 milhão de km) por hora. Quando colide com o vento mais fraco do secundário, que viaja cerca de seis vezes mais rápido, a rápida desaceleração produz um choque de proa em torno da estrela mais fraca. A onda de choque cria uma luz de raio-X brilhante que muda ao longo do período orbital das estrelas, aumentando para cima apenas para cair quando o companheiro escuro se move para trás da estrela mais brilhante.

Ao longo de vários períodos orbitais de 5,5 anos, os astrônomos liderados por Michael Corcoran, da Universities Space Research Association em Maryland, usaram dois satélites da NASA - o Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) e o telescópio de raios X a bordo do satélite Swift - para monitorar as mudanças no brilho do sistema nos últimos 20 anos. [ O universo de raios-X revelado em fotos ]

Embora as flutuações de brilho sejam semelhantes em cada ciclo, elas correspondem ao material que flui da estrela e, portanto, não são idênticas. Em 2009, a queda no brilho se recuperou mais rápido do que nos ciclos anteriores. O ciclo mais recente ofereceu outra surpresa - em julho de 2014, o sinal de raios-X era mais brilhante do que as observações anteriores, de acordo com Corcoran. Apesar do salto, a queda de volta ao ponto mais baixo permaneceu consistente com as observações anteriores.

As mudanças são importantes porque revelam quanto material flui para longe do par.

'Para estrelas, a massa determina seu destino, mas para estrelas massivas, a perda de massa determina seu destino', disse Corcoran.

'Olhando para essas variações de raios-X, podemos dizer algo muito importante sobre como essas estrelas estão mudando.'

Além de estudar Eta Carinae na radiografia , Mairan Teodoro da NASA Goddard e um grupo de astrônomos profissionais e amadores estudaram o sistema em um único comprimento de onda de luz azul emitida por átomos de hélio que perderam um elétron. A luz dos átomos rastreia as condições do vento da estrela primária.

Mas essas emissões podem ser muito fracas e difíceis de separar do resto das ondas de luz emitidas pela estrela. Em 2009, Teodoro liderou o primeiro esforço internacional para rastrear a assinatura do hélio em todo o hemisfério sul, coletando contribuições de pelo menos cinco observatórios. Em 2014, a equipe coletou ainda mais observações. Juntos, os dados incluíram mais de 400 observações de astrônomos amadores. Estudando a grande variedade de dados coletados, a equipe foi capaz de concluir que não houve mudanças significativas no brilho do Eta Carinae nos últimos 5,5 anos.

A estabilidade do vento da estrela secundária é um tanto surpreendente, dado que a primária maior e mais brilhante é considerada mais estável.

Open Star Cluster Messier 50

Os insights mais profundos sobre o que está acontecendo ao redor das bordas visíveis das estrelas binárias podem ajudar a dissipar as preocupações de que os dois possam sofrer uma morte violenta em um futuro próximo. Como a maioria das estrelas massivas, o par encontrado em Eta Carinae terminará suas vidas em uma explosão de supernova. O tempo é baseado na rapidez com que perdem a matéria antes de chegarem ao ponto em que não são mais estáveis.

'O que determina o estado final da estrela é o que está acontecendo no fundo do núcleo', disse Corcoran. A perda de massa observada pela equipe ocorre na superfície, não no interior. No entanto, essa atividade de superfície deve ser um indicativo do que está acontecendo no coração das estrelas, de acordo com Corcoran.

No momento, a atividade de superfície parece bastante estável em ambas as estrelas.

'Não esperamos que [nenhuma das estrelas] seja uma supernova', disse Gull. 'No entanto, sempre podemos ser enganados.'

Siga-nos @Spacedotcom , Facebook e Google+ . Artigo original sobre Space.com .