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Messier 1 - Nebulosa do Caranguejo

 

Nebulosa do Caranguejo
Messier 1 - Nebulosa do Caranguejo
Constelação de Taurus
Descoberto porJohn Bevis
Data1731
DesignaçõesM1, NGC 1952
Dados observacionais
TipoRemanescente de supernova
Ascensão reta:
Declinação
05h 34m 31,97s
+22° 00' 52,1"
Magnitude aparente8,4
Magnitude absoluta
Distância (a.l.)6.300
Dimensões aparentes6x4 minutos de arco
Localização (ponto vermelho)
Nebulosa do Caranguejo

Nebulosa do Caranguejo (também conhecida por Nebulosa da Rolha, Nebulosa da Borboleta) (catalogado por NGC 1952, M1 - Messier 1, Taurus A) é um remanescente de supernova na constelação de Taurus; A nebulosa foi observada pela primeira vez em 1731, por John Bevis. Ela é o remanescente da supernova SN 1054, que foi registrada, como uma estrela visível à luz do dia, por astrônomos chineses e árabes em 1054. Localizada a uma distância de cerca de 6 300 anos-luz (2 kpc) da Terra, a nebulosa tem um diâmetro de 11 anos-luz (3,4 pc) e está se expandindo à taxa de cerca de 1 500 quilômetros por segundo.

A nebulosa contém um pulsar no seu centro que gira trinta vezes por segundo, emitindo pulsos de radiação, de raios gama a ondas de rádio. Esta nebulosa foi o primeiro objeto astronômico identificado com uma explosão supernova histórica.

A nebulosa age como uma fonte de radiação para estudar corpos celestes que estejam ocultos nela. Nos anos 50 e anos 60, a coroa do Sol foi mapeada a partir de observações de ondas de rádio da nebulosa do Caranguejo passando por ela e, mais recentemente, a espessura da atmosfera em Titã, lua de Saturno, foi medida através do bloqueio de raios-X da nebulosa.

Origem

Observada pela primeira vez em 1731, por John Bevis, a nebulosa foi redescoberta de forma independente em 1758, por Charles Messier, enquanto observava um cometa brilhante. Messier catalogou-a como primeiro verbete no seu catálogo de objeto relacionados a cometas. O Conde de Rosse observou a nebulosa no Castelo de Birr, nos anos 1840, e se referiu ao objeto como a Nebulosa do Caranguejo porque um desenho que ele fez dela se parecia com um caranguejo. No início do século XX, a análise de antigas fotografias da nebulosa tiradas vários anos de distância entre si revelou que ela estava se expandindo. Refazendo o caminho da expansão, revelou-se que a nebula devia ter se formado cerca de 900 anos antes. Registros históricos revelaram que uma nova estrela brilhante o suficiente para ser vista de dia tinha sido registrada na mesma parte do céu por astrônomos chineses e árabes em 1054. Dada sua grande distância, a "estrela aparecida" de dia observada por chineses e árabes só poderia ter sido uma supernova—uma estrela maciça explodindo, tendo exaurido seu total de energia da fusão nuclear e colapsado em si mesma.

Análises recentes dos registros históricos descobriram que a supernova que criou a Nebulosa do Caranguejo provavelmente ocorreu em abril ou no começo de maio, chegando ao seu brilho máximo de entre magnitude aparente −7 e −4,5 (mais brilhante do que qualquer coisa no céu noturno, exceto pela Lua) em julho. A supernova foi visível a olho nu por cerca de dois anos após sua primeira observação. Graças às observações registradas dos astrônomos do Extremo Oriente e do Oriente Médio de 1054, a Nebulosa do Caranguejo se tornou o primeiro objeto astronômico reconhecido como sendo ligado a uma explosão supernova.

Condições físicas

O Pulsar do Caranguejo. Esta imagem combina informações ópticas do Hubble (em vermelho) e imagens de raios-X do Observatório de raios-X Chandra (em azul).

O Pulsar do Caranguejo. Esta imagem combina informações ópticas do Hubble (em vermelho) e imagens de raios-X do Observatório de raios-X Chandra (em azul).

Esta imagem do céu, em coordenadas galácticas, mostra a posição do Pulsar do Caranguejo (Crab Pulsar) e de outras fontes de raios gama. Esta imagem do céu, em coordenadas galácticas, mostra a posição do Pulsar do Caranguejo (Crab Pulsar) e de outras fontes de raios gama.

No espectro visível, a Nebulosa do Caranguejo consiste de uma massa ovóide de filamentos, cerca de 6 minutos de arco de comprimento e 4 minutos de arco de largura, cercando uma região central azul difusa (em comparação, a Lua cheia tem 30 minutos de arco de diâmetro). Os filamentos são os remanescentes da atmosfera da estrela progenitora e consistem basicamente de Hélio e Hidrogênio ionizados, além de Carbono, Oxigênio, Nitrogênio, Ferro, Neônio e Enxofre. As temperaturas do filamento tipicamente estão entre 11.000 e 18.000 K e suas densidades são cerca de 1.300 partículas por cm³.

Em 1953, Iosif Shklovsky propôs que a região azul difusa fosse predominantemente produzida por radiação síncrotron, que é a radiação gerada pela curva de elétrons movendo-se em velocidades acima da metade da velocidade da luz. Três anos mais tarde, a teoria foi confirmada por observações. Nos anos 1960, foi descoberto que a fonte das trajetórias curvas dos elétrons era o forte campo magnético produzido por uma estrela de nêutrons no centro da nebulosa.

A Nebulosa do Caranguejo atualmente está se expandindo a uma taxa de cerca de 1.500 km/s. Imagens tiradas vários anos de distância entre si revelam a lenta expansão da nebulosa e, comparando sua expansão angular com sua velocidade de expansão determinada espectroscopicamente, a distância da nebulosa pode ser estimada. Observações modernas dão uma distância até a nebulosa de cerca de 6.300 anos-luz, significando que ela tem cerca de 11 anos-luz de comprimento.

Rastreando sua expansão consistentemente determina uma data para a criação da nebulosa várias décadas após 1054, implicando que sua velocidade externa acelerou desde a explosão supernova. Acredita-se que esta aceleração é causada pela energia do pulsar que alimenta-se do campo magnético da nebulosa, que se expande e força os filamentos da nebulosa para fora.

Estimativas da massa total da nebulosa são importantes para estimar a massa da estrela progenitora da supernova. Estimativas da quantidade de matéria contida nos filamentos da Nebulosa do Caranguejo variam de cerca de 1–5 massas solares; embora outras estimativas baseadas na investigação do Pulsar do Caranguejo levem a números diferentes.

Estrela central

Esta seqüência de imagens do Telescópio Espacial Hubble mostra características do interior da Nebulosa do Caranguejo mudando no período de quatro meses. Crédito: NASA/ESA. Esta seqüência de imagens do Telescópio Espacial Hubble mostra características do interior da Nebulosa do Caranguejo mudando no período de quatro meses. Crédito: NASA/ESA.

No centro da Nebulosa do Caranguejo estão duas estrelas pálidas, uma das quais é a estrela responsável pela existência da nebulosa. Ela foi identificada como tal em 1942, quando Rudolf Minkowski descobriu que seu espectro óptico era extremamente incomum. Descobriu-se que a região em torno da estrela é uma forte fonte de ondas de rádio em 1949 e raios-X em 1963, e ela foi identificada como um dos objetos mais brilhantes do céu em raios gamas em 1967. Então, em 1968, descobriu-se que a estrela emitia sua radiação em rápidos pulsos, tornando-se um dos primeiros pulsares a serem descobertos.

Pulsares são fontes de poderosa radiação eletromagnética, emitida em pulsos curtos e extremamente regulares muitas vezes por segundo. Eles eram um grande mistério quando descobertos em 1967, e a equipe que identificou o primeiro considerou a possibilidade de que ele fosse um sinal de uma civilização avançada. Porém, a descoberta de uma fonte de rádio pulsante no centro da Nebulosa do Caranguejo era forte evidência de que pulsares eram formados por explosões de supernova. Eles agora são compreendidos como estrelas de neutrôns girando rapidamente, cujo poderoso campo magnético concentra suas emissões radioativas em raios estreitos.

Acredita-se que o Pulsar do Caranguejo tenha cerca de 28–30 km em diâmetro; ele emite pulsos de radiação a cada 33 milisegundos. Os pulsos são emitidos em comprimentos de onda através do espectro eletromagnético, de ondas de rádio a raios-X. Assim como todos os pulsares isolados, seu período está desacelerando muito gradualmente. Ocasionalmente, seu período rotacional demonstra mudanças abruptas, conhecidas como 'glitches'. Acredita-se que são causados por um realinhamento repentino dentro da estrela de nêutrons. A energia liberada à medida que o pulsar desacelera é enorme e ele alimenta a emissão da radiação síncrotron da Nebulosa do Caranguejo, que tem uma luminosidade total cerca de 75.000 vezes maior que a do Sol.

O lançamento de extrema energia do pulsar cria uma região incomumente dinâmica no centro da Nebulosa do Caranguejo. Enquanto a maior parte dos objetos astronômicos evoluem tão lentamente que mudanças somente são visíveis em escalas de tempo de muitos anos, as partes internas do Caranguejo mostram mudanças em escalas de tempo de apenas alguns dias.A característica mais dinâmica da parte interior da nebulosa é o ponto onde o vento equatorial do pulsar atinge a parte principal da nebulosa, formando uma frente de choque. O formato e a posição desta característica muda rapidamente, com o vento equatorial aparecendo como uma série de características parecidas com nuvens que imergem, tornam-se brilhantes e então, empalidecem, à medida que se movem para longe do pulsar em direção ao corpo principal da nebulosa.

Estrela progenitora

A Nebulosa do Caranguejo vista em infravermelho pelo Telescópio Espacial Spitzer. A Nebulosa do Caranguejo vista em infravermelho pelo Telescópio Espacial Spitzer.

A estrela que explodiu como uma supernova é chamada de estrela progenitora da supernova. Dois tipos de estrelas explodem como supernovas: anãs brancas e estrelas maciças. Nas chamadas supernovas Tipo Ia, gases caindo em uma anã branca aumentam sua massa até que ela se aproxima de um nível crítico, o limite de Chandrasekhar, resultando em uma explosão; nos Tipos Ib/c e supernovas Tipo II, a estrela progenitora é uma estrela maciça que ficou sem combustível para alimentar suas reações de fusão nuclear e colapsa em si mesma, atingindo temperaturas tão fenomenais que explode. A presença de um pulsar no Caranguejo significa que ela deve ter sido formada em um supernova de colapso de núcleo; supernovas Tipo Ia não produzem pulsares.

Modelos teóricos de explosões de supernova sugerem que a estrela que explodiu para produzir a Nebulosa do Caranguejo devia ter uma massa de entre 8 e 12 massas solares. Acredita-se que estrelas com massas menores do que 8 massas solares sejam pequenas demais para produzir explosões de supernova e terminam suas vidas produzindo uma nebulosa planetária, ao invés disso, enquanto uma estrela mais pesada do que 12 massas solares teria produzido uma nebulosa com uma composição química diferente daquela observada na Nebulosa do Caranguejo.

Um problema significativo nos estudos da Nebulosa do Caranguejo é que a massa combinada da nebulosa e do pulsar somam consideravelmente menos do que a massa predita da estrela progenitora e a questão de onde a 'massa faltando' está permanece sem solução. Estimativas da massa da nebulosa são feitas medindo o total de luz emitida e calculando a massa exigida, dadas temperatura e densidade medidas da nebulosa. Estimativas variam de 1–5 massas solares, com 2–3 massas solares sendo o valor geralmente aceito. Estima-se que a massa da estrela de nêutrons seja de 1,4 a 2 massas solares.

A teoria predominante para entender a massa faltando na Nebulosa do Caranguejo é que uma proporção significativa da massa da progenitora foi levada embora antes que da explosão supernova em um rápido vento estelar. Porém, isto teria criado um casco em torno da nebulosa. Embora tentativas tenham sido feitas em vários comprimentos de onda diferentes para observar o casco, nada jamais foi encontrado.

Trânsitos por corpos do Sistema Solar

Imagem do Telescópio Espacial Hubble de uma pequena região da Nebulosa do Caranguejo, mostrando sua intricada estrutura filamentária. Crédito: NASA/ESA.
Imagem do Telescópio Espacial Hubble de uma pequena região da Nebulosa do Caranguejo, mostrando sua intricada estrutura filamentária. Crédito: NASA/ESA.

A Nebulosa do Carangueja fica aproximadamente a 1½ ° de distância da eclíptica—o plano da órbita da Terra em torno do Sol. Isso significa que a Lua — e, ocasionalmente, planetas — podem transitar ou ocultar a nebulosa. Embora o Sol não transite a nebulosa, sua coroa passa em frente a ela. Esses trânsitos e ocultações podem ser utilizados para analisar tanto a nebulosa quanto o objeto passando em frente a ela, ao se observar como a radiação da nebulosa é alterada pelo objeto transitando.

Trânsitos lunares têm sido utilizados para mapear as emissões de raios-X da nebulosa. Antes do lançamento de satélites observadores de raios-X, como o Observatório de raios-X Chandra, observações de raios-X geralmente tinham uma resolução angular baixa, mas quando a Lua passa em frente à nebulosa, sua posição é conhecida muito acuradamente e, portanto, as variações no brilho da nebulosa podem ser usadas para criar mapas de emissões de raios-X. Quando raios-X foram observados pela primeira vez na Nebulosa do Caranguejo, uma ocultação lunar foi utilizada para determinar a exata localização de sua fonte.

A coroa do Sol passa em frente à Nebulosa do Caranguejo a cada junho. Variações nas ondas de rádio recebidas da Nebulosa do Caranguejo nesta época podem ser utilizadas para inferir detalhes sobre a densidade e a estrutura da coroa. Observações primárias estabeleceam que a coroa se estendia a distâncias muito maiores do que se havia suposto antes; observações subseqüentes descobriram que a coroa continha variações de densidade significativas.

Muito raramente, Saturno transita pela Nebulosa do Caranguejo. Seu trânsito em 2003 foi o primeiro desde 1296; outro não acontecerá até 2267. Observadores usaram o Observatório de raios-X Chandra para observar Titã, a lua de Saturno, enquanto atravessava a nebulosa, e descobriram que a 'sombra' de raios-X de Titã era maior do que sua superfície sólida, devido à absorção de raios-X em sua atmosfera. Essas observações mostraram que a espessura da atmosfera de Titã é de 880 km. O trânsito de Saturno em si não pôde ser observado, pois Chandra estava atravessando o cinturão de Van Allen na época.

Na ficção

  • Terráqueos encontram uma raça alienígena pela primeira vez na Nebulosa do Caranguejo na história de ficção científica First Contact (Astounding, maio de 1945) de Murray Leinster.
  • De acordo com Dave Barry Slept Here: A Sort of History of the United States, a Nebulosa do Caranguejo foi cedida aos Estados Unidos pela Espanha, junto com Cuba, Porto Rico, Filipinas, Guam, Ilha Wake, Austrália, Ilha Snooze, Antártica e França, logo depois de sua derrota na Guerra Hispano-Americana pelos Boston Celtics, na Corrida até a Colina San Juan.
  • No serial de Doctor Who, Colony in Space, o Mestre revela que a criação da Nebulosa do Caranguejo foi o resultado da Super Corrida do planeta Exarius (ou Uxarius) para testar sua Arma do Dia do Juízo Final, um mecanismo que podia projetar antimatéria em uma velocidade acima da velocidade da luz.
  • No filme Dude, Where's My Car? (2000), dois homens do espaço sideral convidam um culto obcecado por alienígenas para uma festa na Nebulosa do Caranguejo.


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