Nebulosas Planetárias

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Estrelas não são objetos cósmicos eternos. Elas se formam, evoluem, se transformam e, como tudo mais no Universo, em algum momento chegarão ao fim de sua existência. O processo de evolução estelar é bastante complexo pois, para descrever o longo período de existência de uma estrela, temos que fazer uso de, praticamente, todo o nosso conhecimento em física. Essa é a área da astrofísica que chamamos de "evolução estelar" e nela usamos a física de gases, física de baixas temperaturas, física nuclear, física de partículas e até mesmo física do estado sólido! 

É usando essa imensa mistura de conhecimentos que descrevemos as propriedades características de cada estrela. E o resultado é que ficamos sabendo que nem todas possuem o mesmo processo evolutivo e, consequentemente, o mesmo destino. Algumas explodirão como supernovas deixando ou não um resíduo estelar. Se o resíduo existe, ele é uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. Mas isso só acontece com as estrelas de grande massa, aquelas que têm massa superior a 8 massas solares. 

Mas, o que acontece com as estrelas que possuem massa inferior a esse limite? Para o grupo de estrelas com massa menor que esse limite (o qual inclue obviamente o nosso Sol) o destino é bem diferente. Elas irão evoluir e, em algum momento de sua existência, se transformarão em "nebulosas planetárias". 

Como você verifica imediatamente, a despeito do seu nome, as nebulosas planetárias não têm qualquer relação com planetas! Nebulosas planetárias têm origem no processo de evolução de estrelas. O nome "nebulosa planetária" é usado por razões históricas: antigos astrônomos, os primeiros que viram esses objetos através de seus pequenos telescópios, notaram que eles tinham forma semelhante a um planeta gigante tal como Júpiter e suspeitaram que eles também fossem planetas. O astrônomo francês Charles Messier foi o primeiro a observar uma nebulosa planetária, em 1764, na constelação Vulpecula, à qual ele deu o número 27 (M27) do seu catálogo de objetos difusos. Foi o astrônomo William Herschel quem atribuiu a esses objetos o nome "nebulosa planetária" por achar que eles se pareciam com o planeta Urano que ele havia recentemente descoberto. Essa é a origem do nome que, embora possa induzir ao erro, ainda é usado pela Astronomia. A verdadeira natureza das nebulosas planetárias só foi conhecida após as primeiras observações espectroscópicas, o que ocorreu somente em meados do século XIX. 

Como se formam as nebulosas planetárias 

Estrela semelhantes ao nosso Sol, após esgotarem o hidrogênio existente na sua região central, começam a contrair. Isso significa um aumento contínuo na temperatura dessa região. Quando essa temperatura é da ordem de 100 milhões de graus tem inicio a queima nuclear do hélio nessa mesma região. Dizemos então que a estrela entrou em uma nova fase de sua evolução: ela aumenta muito o seu tamanho, transformando-se em uma "gigante vermelha". Na fase "gigante vermelha", devido a grandes pulsações que ocorrem na estrela, o gás que forma suas camadas mais externas começa a ser expulso sob a forma de fortes ventos estelares. Como conseqüência disso, a região central da estrela, muito quente, fica cada vez mais exposta, já que as camadas opacas que a rodeavam vão diminuindo continuamente. À medida que as camadas atmosféricas vão sendo expelidas, regiões cada vez mais profundas são expostas. Essas regiões estão progressivamente a temperaturas cada vez maiores (quanto mais profunda a camada estelar mais alta sua temperatura). Em um determinado momento a temperatura da superfície exposta é da ordem de 30000 K. Agora já há suficiente radiação ultravioleta, bastante energética, sendo emitida por essa região central bastante quente. Essa radiação incide sobre o material gasoso que havia sido ejetado e que, conseqüentemente, começa a brilhar. Em linhas bem gerais, é assim que se forma uma nebulosa planetária. 

Em algumas dezenas de milhares de anos (um tempo curto pelos padrões astronômicos) o material ejetado será dispersado no meio interestelar e a estrela central lentamente esfriará e, em um dado momento, deixará de ser uma estrela. 

As nebulosas planetárias são muito importantes pois desempenham um papel principal na evolução química da galáxia onde elas se encontram. Lembre-se que para criar uma nebulosa planetária a estrela tem que estar em um avançado estado de sua evolução. Isso significa que os processos de queima nuclear que ocorreram no seu interior já geraram muitos elementos químicos pesados, tais como carbono, nitrogênio, oxigênio, etc. A esse processo de formação de elementos pesados damos o nome de nucleossíntese. Ao lançar no espaço todo o seu envoltório gasoso ou seja, os gases que envolvem sua região central, a estrela enriquece o meio interestelar com esses elementos pesados. Em algum momento esse gás e poeira interestelares, agora enriquecido com elementos químicos pesados, dará origem a novas estrela (assim como novos sistemas planetários) 

É importante notar que a formação de uma nebulosa planetária, embora ocorrendo em um estado avançado de evolução de uma estrela, não significa o fim dela. A região central da estrela que deu origem à nebulosa planetária (ao expulsar todo o gás que existia em torno do seu centro) ainda é uma estrela, que continuará a evoluir vindo futuramente a se transformar em uma estrela anã branca. Essa estrela anã branca irá lentamente diminuindo sua luminosidade até finalmente "apagar" no espaço, transformando-se naquilo que alguns chamam de "anã negra". 

O destino do nosso Sol é se transformar em nebulosa planetária possivelmente daqui a 10 ou 13 bilhões de anos. Como a idade atual do Sol é de "apenas" 4,7 bilhões de anos, ainda nos resta algum tempo para aprender astrofísica antes que isso aconteça. Infelizmente, como o Sol antes de se transformar em nebulosa planetária terá que passar pelo estágio de estrela gigante vermelha, um objeto tão grande que o limite de sua superfície alcançará a órbita da Terra certamente eliminando a possibilidade de vida no nosso planeta, não veremos a formação de sua nebulosa planetária. Resta-nos apenas sonhar que a nebulosa planetária criada futuramente pelo Sol seja tão ou mais bonita que as várias nebulosas planetárias que conhecemos hoje. 

Sua distribuição, quantidade e características físicas 

Conhecemos cerca de 3000 nebulosas planetárias na nossa Galáxia mas estima-se que existam cerca de 10000 desse objetos nela. 

As nebulosas planetárias se localizam preferencialmente próximas ao plano da nossa Galáxia, que chamamos de Via Láctea. Sua maior concentração é próxima à região central da Galáxia. 

No entanto esse número pode nos enganar uma vez que as nebulosas planetárias existem por um tempo relativamente curto, algumas dezenas de milhares de anos, muito pouco se comparado com o tempo de vida típico de uma estrela que é de bilhões de anos. 

Uma nebulosa planetária típica tem cerca de 1 ano-luz de diâmetro. Ela é formada por gás extremamente rarefeito, com densidade de cerca de 1000 partículas por centimetro cúbico. Para ver como isso é rarefeito, compare com a densidade da atmosfera da Terra: 2,5 x 1019 (ou seja, 25.000.000.000.000.000.000) partículas por centimetro cúbico. No entanto, as nebulosas planetárias jovens algumas vezes apresentam densidades bem maiores, algo por volta de 106 (ou seja, 1.000.000) partículas por centimetro cúbico. A diferença em densidade ocorre à medida que a nebulosa planetária envelhece: com o passar do tempo, o gás que a forma se expande no meio interplanetário com uma velocidade de alguns quilômetros por segundo, o que faz a densidade diminuir. 

As incríveis formas das nebulosas planetárias 

As nebulosas planetárias são, em geral, objetos celestes com brilho fraco, o que faz com que nenhuma delas seja visível a olho nu. Com a entrada em funcionamento dos grandes telescópios, assim como dos telescópios espaciais tais como o Hubble Space Telescope, os astrônomos passaram a ter uma visão mais completa das nebulosas planetárias. Muitas novos objetos desse tipo foram descobertos e suas formas analisadas pelos cientistas. 

Durante muito tempo acreditou-se que as nebulosas planetárias apresentavam, de modo geral, uma forma geométrica com simetria esférica. As novas observações mostraram que isso nem sempre ocorre. Somente cerca de 20% das nebulosas planetárias conhecidas mostram formas esfericamente simétricas. Hoje conhecemos nebulosas planetárias com as mais diversas formas, algumas delas mostrando estruturas bem complexas. 

Não se sabe ainda o que causa estas formas tão originais. Acredita-se que se a estrela que gerou uma nebulosa planetária faz parte de um sistema estelar binário, formas bem estranhas podem ser causadas por interações gravitacionais com a estrela companheira. 

Existe uma classificação morfológica das nebulosas planetárias criada pelo astrofísico russo Vorontsov Velyaminov, que as separa nos seguintes grupos:

1 - imagem estelar

2 - disco suave

a - mais brilhante na direção do centro

b - brilho uniforme

c - vestígios de uma estrutura de anel

3 - disco irregular

a - distribuição de brilho muito irregular

b - vestígios de estrutura de anel

4 - estrutura de anel

5 - forma irregular, semelhante a uma nebulosa difusa

6 - formas anomalas

Algumas nebulosas planetárias apresentam estruturas ainda mais complexas que as descritas acima. Nesse caso elas são classificadas como combinações das categorias que acabamos de citar. Por exemplo, um nebulosa espiral que apresente anel e disco é classificada como "4+2" e se ela mostra dois anéis recebe a classificação "4+4". 

Alguns exemplos de nebulosas planetárias 

Mostramos a seguir alguns impressionantes exemplos de nebulosas planetárias. No entanto, o leitor deve ficar alerta de que as cores aqui mostradas não são aquelas que o seu olho irá perceber ao observar esses objetos através de um telescópio. As nebulosas planetárias emitem luz em cores muito específicas. A maior parte de sua radiação é emitida nos intervalos azul-verde e vermelho, sem que haja uma grande emissão no intervalo entre essas duas cores. 

Abell 39

Situada a cerca de 7000 anos-luz de nós, na constelação Hercules, esta nebulosa planetária tem o diametro de cerca de 6 anos-luz e é uma das maiores estruturas esféricas existentes em nossa Galáxia. Sua concha esférica tem a espessura de cerca de um terço de ano-luz. A estrela que deu origem a essa nebulosa planetária está deslocada 0,1 anos-luz em relação ao centro da esfera e não se sabe a razão disso. Através do gás da nebulosa, assim como em torno dela, vemos várias galáxias localizadas a milhões de anos-luz de nós. 

BD+303639

Essa nebulosa planetária está localizada a cerca de 10000 anos-luz da Terra, na direção da constelação Cygnus. Em torno da estrela central existe um anel brilhante formado por gás hidrogênio emitido pela estrela ainda na sua fase de estrela gigante vermelha. Essa imensa concha é aproximadamente 100 vezes maior do que todo o nosso Sistema Solar. Futuramente essa concha vai ser destruida pela radiação ultravioleta emitida pela estrela central. 

NGC 6302

Essa nebulosa planetária está localizada a cerca de 3400 anos-luz de nós, na constelação Scorpius. Seu diâmetro é um pouco superior a 3 anos-luz. Análises do espectro dessa nebulosa planetária mostraram que sua estrela central é um dos objetos mais quentes conhecidos em nossa Galáxia, com uma temperatura na superfície superior a 200000 K o que nos leva a supor que a estrela que formou essa nebulosa planetária era muito grande. Apesar de suas característica essa estrela central nunca foi observada devido ao fato de estar encoberta por um disco de poeira e gás bastante denso.

A nebulosa planetária NGC 6302 se caracteriza por mostrar uma estrutura bipolar, com dois grandes lobos primários se projetando de uma região central. Estima-se que NGC 6302 foi formada há cerca de 1900 anos.

M27 (NGC 6853)

Essa nebulosa planetária está a cerca de 1240 anos-luz de nós, na constelação Vulpecula. Possivelmente seu diâmetro é de quase 3 anos-luz. Sua estrela central, que pode ser vista nessa imagem, continua a ionizar o gás que a circunda. Ela é a maior estrela anã branca conhecida até o momento, tendo um raio de cerca de 0,055 vezes o valor do raio do Sol.

Mostramos, a seguir, a imagem da nebulosa planetária M27 obtida na região espectral do vermelho longinquo e infravermelho próximo. As estrela de fundo mostradas aqui têm sua luminosidade bastante diminuida pela poeira que existe na nebulosa e que absorve a luz estelar. 

NGC 2392

Localizada a cerca de 3000 anos-luz de nós na constelação Gemini, essa nebulosa planetária é uma estrutura complexa formada formada por conchas duplas. Estima-se que NGC 2392 tenha cerca de 1060 anos de idade. Os filamentos internos visíveis na imagem estão sendo ejetados por fortes ventos de partículas provenientes da estrela central. O disco mais externo contém filamentos de cor laranja, não usuais, com cerca de 1 ano-luz de comprimento.

NGC 7293

A nebulosa planetária NGC 7293 está localizada a cerca de 650 anos-luz de nós, na constelação Aquarius. Ela é uma das nebulosas planetárias mais próximas a nós. Seu diâmetro é de cerca de 3 anos-luz, aproximadamente 3/4 da distância entre o Sol e a estrela mais próxima de nós. Cuidadosos estudos da morfologia dessa nebulosa planetária mostraram que ela não tem a forma de bolha mas sim a de um cilindro que, por acaso, tem sua base apontada para a Terra. Estima-se que esta nebulosa planetária tenha 10600 anos de idade. A cor azul corresponde ao oxigênio excitado no gás da nebulosa. A cor vermelha corresponde ao hidrogênio e nitrogênio excitados também presentes no gás nebular. 

M2-9

Localizada a 2100 anos-luz de nós na constelação Ophiuchus. No seu centro estão duas estrela em órbita dentro de um disco gasoso cujo diâmetro equivale a 10 vezes a órbita do planeta anão Plutão. Os astrônomos acreditam que a natureza bipolar mostrada por essa nebulosa planetária foi formada quando o envoltório gasoso expelido pela estrela ultrapassou esse disco de matéria gasosa. Acredita-se que a nebulosa planetária M2-9 tenha 1200 anos de idade. Note que o "M" que aparece no nome dessa nebulosa não significa "catálogo Messier". 

M57 (NGC 6720)

Localizada na constelação Lyra, a uma distância de 2300 anos-luz, a nebulosa M57 possui um diâmetro de cerca de 2,6 anos-luz. Acredita-se que ela foi formada a cerca de 1610 anos. A estrela central possui uma temperatura de superfície de cerca de 125000 K sendo, no momento, 200 vezes mais luminosa que o Sol. As cores mostradas na imagem ilustram como o gás que forma essa nebulosa planetária é ionizado e brilha como resultado da incidência da radiação ultravioleta emitida pela estrela central residual, uma estrela anã branca cuja temperatura da superfície chega a 120000 graus. A cor azul mostra emissão proveniente do hélio muito quente que está localizado principalmente próximo à estrela central. A cor verde representa o oxigênio ionizado, que está localizado longe da estrela. A cor vermelha mostra o nitrogênio ionizado localizado bem mais afastado da estrela.

M76 (NGC 650/651)

Localizada a cerca de 3400 anos-luz de nós, na constelação Perseus, a nebulosa planetária M76 é um dos objetos mais fracos registrados no catálogo Messier. Seu diâmetro parece ser de 2,6 anos-luz mas tanto esse valor como sua distância até nós, que pode estar entre 1700 e 15000 anos-luz, são bastante incertos. Sua estrela central ainda pode ser registrada, possuindo a magnitude fotográfica 16,5. Os astrônomos acreditam que ela possui massa no intervalo de 0,6 a 0,9 massas solares e que sua temperatura parece ser de 60000 K. 

Essa nebulosa planetária possui dois números "NGC" porque o astrônomo William Herschel acreditou tratar-se de uma nebulosa dupla não resolvida (ou seja, não observada separadamente) opticamente.

M97 (NGC 3587)

Essa nebulosa planetária está localizada a cerca de 2900 anos-luz de nós na constelação Ursa Major e tem um diâmetro de cerca de 3 anos-luz. Ela se formou há cerca de 6000 anos. M97 é uma das mais complexas nebulosas planetárias conhecidas. As cores na imagem correspondem a oxigênio ionizado [OIII] em azul, nitrogênio ionizado [NII] em verde e hidrogênio [H-alpha] em vermelho.

NGC 3242

Estima-se que esta nebulosa planetária está a cerca de 1400 anos-luz de nós, na constelação Hydra. As extermidades vermelhas que aparecem na imagem ainda não foram explicadas pelos cientistas.

NGC 40

A nebulosa planetária NGC 40 está a cerca de 3500 anos-luz de nós, na constelação Cepheus, e tem cerca de 0,6 anos-luz de diâmetro. Sua estrela central é bastante brilhante, com uma magnitude de 11,6 e massa de cerca de 0,7 massas solares. A temperatura dessa estrela é cerca de 50000 K. Os cientistas acreditam que a nebulosa planetária NGC 40 existirá por apenas mais 30000 anos, deixando para trás uma estrela anã branca com aproximadamente o tamanho da Terra. 

NGC 6369

Localizada na constelação Ophiucus, esta nebulosa planetária está a cerca de 2000 anos-luz de nós. A principal estrutura em anel da nebulosa planetária tem cerca de 1 ano-luz de diâmetro. Podemos ver próximo ao centro da nebulosa planetária a estrela anã branca que irradia fortemente em comprimentos de onda do ultravioleta e faz brilhar o gás em expansão que forma a nebulosa. As cores vistas na imagem corresponde aos átomos ionizados que fazem a nebulosa planetária brilhar: oxigênio (azul), hidrogênio (verde) e nitrogênio (vermelho). 

Mostramos abaixo a imagem da nebulosa planetária NGC 6369 obtida na região infravermelho do espectro eletromagnético.

NGC 6543

Esta nebulosa planetária está situada a cerca de 3300 anos-luz de nós, na constelação Draco. Ela é uma das mais complexas nebulosas planetárias que conhecemos até hoje apresentando uma estrutura que engloba nós, jatos e arcos resistentes que até hoje não foram inteiramente compreendidos pelos astrônomos. Essas estruturas gasosas complexas em geral são criadas quando a estrela que cria a nebulosa planetária pertence anteriormente a um sistema binário de estrelas. No caso da nebulosa planetária NHC 6543 ainda não existe evidência que a estrela que deu origem a ela pertecesse a um sistema estelar binário. 

A estrela central da nebulosa planetária NGC 6543 é muito quente, do tipo O, com uma temperatura da superfície de cerca de 80000 K. Essa estrela é cerca de 1000 vezes mais luminosa que o Sol mas seu raio é apenas 0,65 do raio solar. 

NGC7009

Localizada a uma distância incerta de nós, que pode estar entre 2000 e 4000 anos-luz, essa nebulosa planetária pode ser vista na constelação Aquarius. A dificuldade em determinar sua distância até nós deve-se ao fato de que, em sua vizinhança, não existem estrelas que possam ser tomadas como referência para a obtenção dessa medida. Os astrônomos acreditam que a estrela central dessa nebulosa planetária expeliu primeiro o gás aqui mostrado em cor verde e que agora aparece na forma de uma barra. Este gás "verde" agora confina os ventos estelares provenientes da estrela central, criando um jato que forma a estrutura que tem a cor vermelha nas pontas. 

IC 418

Situada a uma distância de cerca de 2000 anos-luz de nós, na constelação Lepus, essa nebulosa planetária se caracteriza pelo intricado desenho que os gases formam no seu interior. Seu diâmetro é de apenas 0,3 anos-luz. A cor vermelha mostra emissão a partir de nitrogênio ionizado, que é o gás mais frio existente na nebulosa planetária, localizado bem distante da sua região central. A cor verde mostra emissão produzida pelo hidrogênio e a cor verde mostra a emissão do oxigênio ionizado, o gás mais quente e que se encontra próximo à estrela central.

NGC 2440

Essa nebulosa planetária está a cerca de 4000 anos-luz de nós, na constelação Puppis. A estrela que deu origem a essa nebulosa planetária é o ponto branco que podemos percebre no centro da imagem. Ela é uma das estrelas anãs brancas mais quentes que conhecemos atualmente, com uma temperatura da superfície de cerca de 200000 K. A cor azul mostra a presença de hélio, a cor azul-esverdeado corresponde ao oxigênio e a cor vermelha ao nitrogênio e hidrogênio.

SuWt 2

Localizada a cerca de 6500 anos-luz da Terra,na constelação Centaurus, a nebulosa planetária SuWt 2 consiste de anel de gás brilhante quase visto de borda em relação a nós. A imagem nos mostra uma estrutura brilhante, com a forma de um anel, que se apresenta em torno de uma estrela brilhante central. Essa estrela central é na verdade um sistema estelar binário com estrelas muito próximas uma da outra. As duas estrelas giram uma em torno da outra em apenas 5 dias. A interação entre esse sistema binário e a estrela mais massiva que deu origem a essa nebulosa planetária é que formou essa estrutura em forma de anel. Até hoje os astrônomos não conseguiram localizar essa estrela de maior massa.

NGC 2371

Essa nebulosa planetária está localizada a cerca de 4300 anos-luz de nós na constelação Gemini. Sua estrela central possui uma temperatura superior a 130000 K. A imagem mostra aspectos intrincados da estrutura nebular. O mais notável são as nuvens de cor rosa que se localizam em lados opostos da estrela central. Também chama a atenção os numerosos pontos muito pequenos e na cor rosa que marcam as posições de "nós" pequenos e relativamente densos de gás. A razão dessa estrutura complicada ainda não é bem entendida mas pode estar relacionada com a presnça de uma segunda estrela em órbita em torno da estrela central visível na imagem.