As nebulosas planetárias não são tão leves nem tão tranqüilas quanto aparentam - pelo contrário, são maciças e tempestuosas. Cada uma contém o equivalente a um terço da massa do Sol, incluindo quase todo o combustível restante na estrela.

Perto do edifício de astronomia da Universidade de Washington fica a oficina de fundição do vidreiro Dale Chihuly. Chihuly é célebre por suas esculturas, cujas formas brilhantes e harmoniosas evocam criaturas marinhas em movimento. Quando intensamente iluminadas numa sala escura, o jogo de luzes que dançam através das rígidas figuras de vidro faz com que elas adquiram vida. Águas-vivas amarelas e polvos vermelhos navegam em águas azul-cobalto. Uma floresta de algas marinhas oscila ao ritmo das ondas. Moluscos rosados iridescentes se abraçam como namorados.

Para os astrônomos, as obras de Chihuly têm outra ressonância: poucas criações humanas evocam de maneira tão convincente as glórias das estruturas celestes chamadas de nebulosas planetárias. Iluminadas em seu interior por estrelas exauridas, coloridas com a fluorescência de brilhantes átomos e íons, suspensas na escuridão cósmica, essas formas gasosas parecem adquirir vida. Os pesquisadores lhes deram nomes como Formiga, Estrela-do-Mar e Olho de Gato. As observações desses fenômenos pelo telescópio espacial Hubble são algumas das imagens espaciais mais fascinantes já vistas.

Há dois séculos, elas receberam o nome (enganoso) de nebulosas planetárias do astrônomo inglês William Herschel. Ele foi um grande descobridor de nebulosas - objetos difusos, com forma de nuvens, visíveis somente com telescópios. Muitas eram levemente arredondadas, lembrando a Herschel o planeta Urano (descoberto por ele); assim, ele pensou que fossem sistemas planetários se formando ao redor de estrelas jovens. O nome foi mantido, embora se descobrisse que o fenômeno era o oposto. Essas nebulosas consistem em gases provenientes de estrelas agonizantes. Daqui a 5 bilhões de anos, o Sol findará seu domínio cósmico na fúria elegante de uma nebulosa planetária.

Como toda obra de arte, as nebulosas planetárias fazem mais do que nos cativar. Elas nos fazem questionar nossa percepção do mundo. Em especial, elas desafiam a teoria da evolução estelar, a ciência que descreve a história da vida das estrelas. Essa teoria é antiga, um ramo da ciência supostamente bem desenvolvido. Contudo, existem dificuldades para encontrar uma explicação para as figuras complexas que surgem nas imagens do Hubble. Se as estrelas nascem esféricas, vivem e morrem esféricas, como podem criar formas tão elaboradas quanto formigas, estrelas-do-mar e olhos de gato?

A Morte as Domina DURANTE O SÉCULO PASSADO, os astrônomos chegaram à conclusão de que, quando morrem, as estrelas se dividem em duas classes distintas.

A elite das estrelas maciças - aquelas cujo peso de nascimento é oito vezes maior que o do Sol - explode subitamente, dando origem às supernovas. Estrelas mais modestas, como o Sol, têm morte mais lenta. Em vez de explodirem, passam os últimos anos de vida queimando seu combustível de forma espasmódica, como o motor de um automóvel que está ficando sem gasolina. As reações nucleares no centro de tal estrela, que a abasteceram por quase toda a vida, exaurem o hidrogênio disponível e depois o hélio. À medida que a combustão nuclear se desloca para fora, onde fica o material novo numa concha que circunda o núcleo, a estrela se expande, virando a chamada gigante vermelha. Quando o hidrogênio dentro da concha também se esgota, inicia-se a queima do hélio.

Durante esse processo, ela se torna instável. Convulsões intensas, combinadas à pressão de radiação e outras forças, erguem as camadas da superfície expandidas e ligadas frouxamente para o espaço, criando uma nebulosa planetária. Desde o século XVIII, os astrônomos observaram e catalogaram quase 2 mil nebulosas planetárias, e outras 10 mil devem estar entocadas, escondidas atrás de densas nuvens de poeira na nossa galáxia. Enquanto uma supernova explode na Via Láctea a cada centena de anos, uma nova nebulosa planetária se forma a cada ano, assim como centenas de outras mais velhas desaparecem na escuridão.

As supernovas podem ser mais brilhantes, porém seus fragmentos são turbulentos e caóticos, sem a simetria e a complexidade das nebulosas. As nebulosas planetárias não são tão leves nem tão tranqüilas quanto aparentam. Pelo contrário, são maciças e tempestuosas. Cada uma contém o equivalente a um terço da massa do Sol, incluindo quase todo o combustível nuclear restante na estrela. No início, as camadas externas, que se encontram mais soltas, deslocam-se para fora a uma velocidade de 10 a 20 km por segundo - um vento de fluxo relativamente lento que carrega o grosso da massa da nebulosa.

Enquanto as estrelas vão se desmanchando até atingir o núcleo ainda quente, vão mudando do laranja para o amarelo, depois para o branco e finalmente para o azul. Quando a temperatura na superfície ultrapassa os 25.000oC, ela inunda o gás que se encontra ao seu redor com uma poderosa luz ultravioleta, cuja intensidade é suficiente para separar as moléculas e retirar os elétrons de seus átomos.

O vento estelar carrega menos massa à medida que aumenta sua velocidade. Após um tempo entre 100 mil e 1 milhão de anos, dependendo da massa original da estrela, ele pára de vez, e o que resta da estrela estabelece-se como uma anã branca, muito densa e quente - uma brasa estelar comprimida pela gravidade numa esfera quase cristalina do tamanho da Terra. O primeiro indício de que as nebulosas planetárias são mais do que meros arrotos estelares apareceu em 1978, quando observações demonstraram que estrelas agonizantes continuam a soprar ventos muito tempo depois de ter expelido suas camadas de gases externas. Mesmo leves, esses ventos atingem uma velocidade de 1.000 km por segundo, cem vezes mais rápidos do que os ventos mais densos que os precederam.

Assobiando no Escuro

NA TENTATIVA DE ACHAR uma explicação para o fenômeno, Sun Kwok, da Universidade de Calgary, Christopher R. Purton, do Observatório Rádio-Astrofísico Dominion, e M. Pim Fitzgerald, da Universidade de Waterloo, adotaram um modelo de ventos estelares desenvolvido para analisar outro fenômeno astrofísico. A idéia é que, quando os ventos rápidos comprimem os mais lentos, uma borda densa de gás comprimido se forma na interface, muito parecida com o acúmulo de terra à frente de um arado. Essa massa de gás circunda uma cavidade quase vazia (mas muito quente), e com o tempo o vento rápido esvazia um volume ainda maior. Esse modelo dos ventos interativos pode ser aplicado ao estudo das nebulosas planetárias redondas ou quase redondas. Os observadores dos anos 1980, no entanto, começaram a perceber que as nebulosas redondas eram exceção, talvez 10% da população total. Muitas das outras têm formas alongadas ou ovais. As mais espetaculares, embora raras, contêm duas bolhas, uma em cada extremo da estrela agonizante. Os astrônomos as chamam de "bipolares". "Borboleta" ou "ampulheta" seria uma descrição mais vívida.

Para explicar essas figuras, nós dois, junto com Vincent Icke e Garrelt Mellema, da Universidade de Leiden, na Holanda, ampliamos o conceito dos ventos interativos. Suponha que os ventos lentos primeiramente formem um toróide (figura em forma de rosquinha), orbitando o equador da estrela. Depois, ele desvia os ventos de fluxo estelares na direção polar, criando uma nebulosa elíptica. As nebulosas em forma de ampulheta são aquelas que possuem um toróide muito denso e compacto.

O modelo era simples e se ajustou a todas as imagens disponíveis até 1993. Simulações em computadores avançados confirmaram a viabilidade da idéia básica e novas observações verificaram que o vento lento realmente aparenta ser mais denso perto do equador. Nossa confiança logo desapareceu. Em 1994, o Hubble conseguiu sua primeira imagem nítida de uma nebulosa planetária, a Olho de Gato (ou NGC 6543), vista pela primeira vez por Herschel. Essa imagem nos deixou perplexos. Uma das duas elipses cruzadas, uma pequena circunferência bordejando uma cavidade elipsoidal, era idêntica ao modelo. Mas como descobrir o que eram as outras estruturas?

Ninguém antes havia previsto que aquelas massas vermelhas enlaçariam a nebulosa; as trilhas aéreas fora dela pareciam mais estranhas ainda. Uma idéia científica popular não é fácil de derrubar, mesmo frente às imagens do Hubble. Passamos por uma contradição profissional, esperando que o Olho de Gato fosse uma anomalia. Mas não era. Outras imagens do Hubble mostraram que estavam faltando várias peças fundamentais de nossa idéia de como morriam as estrelas. O que não havíamos considerado anteriormente?

Questionando os Teóricos EM SITUAÇÕES COMO ESSA, o melhor é voltar a atenção para os casos extremos, em que as forças modeladoras desconhecidas devem atuar de maneira mais categórica. Entre as nebulosas planetárias, os casos mais extremos são os objetos bipolares. As diminutas formas que marcam as nebulosas vêm em pares de imagens semelhantes, uma de cada lado da nebulosa. Essa simetria da reflexão implica que a estrutura inteira foi agrupada de maneira coerente por um processo organizado que opera perto da superfície estelar, algo semelhante à formação de um floco de neve ou de um girassol.

Para esses objetos, o modelo dos ventos interativos gera uma previsão pronta para ser testada: uma vez que o gás abandona o toróide, ele flui para fora numa velocidade constante, que por sua vez produz um claro desvio Doppler na luz emitida pelo gás. Infelizmente, o modelo falhou no teste. Em 1999, Balick e Romano Corradi (atualmente trabalhando no Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias) e seus colaboradores estudaram a nebulosa do Caranguejo do Sul (designada He2 - 104) com o Hubble. Descobriram que a velocidade de expansão aumenta na mesma proporção que a distância da estrela. O gás mais distante chegava até lá simplesmente por ter se movido mais rapidamente. Voltando no tempo, a fascinante nebulosa em forma de ampulheta parece ter se formado a partir de uma única erupção da estrela há 5.700 anos.

Assim sendo, o modelo dos ventos interativos, que presume que um vento contínuo modela a nebulosa, acaba sendo irrelevante. Mais estranha ainda foi a descoberta de Corradi e seus colaboradores de que a nebulosa do Caranguejo do Sul era na verdade duas nebulosas, uma alojada dentro da outra, como as bonecas matryoshka. Deduzimos que a nebulosa interna era a mais nova, mas as observações demonstraram claramente que ambas as nebulosas tinham exatamente o mesmo padrão de aumento de velocidade em relação à distância. Assim, toda essa estrutura complexa deve ter se formado em apenas um evento, coreografado há seis milênios.

O último prego no caixão do modelo dos ventos interativos foi colocado no final dos anos 1990, quando uma nova série de imagens do Hubble foi publicada por Kwok, Raghvendra Sahai e John Trauger, do Laboratório de Propulsão a Jato em Pasadena, Califórnia, Margaret Meixner, da Universidade de Illinois, e colaboradores. Seus alvos eram as nebulosas planetárias bem jovens, capturadas antes ou logo depois de a estrela ter se ionizado e aquecido as nebulosas. Os astrônomos esperavam que esses objetos fossem menores, mas ao mesmo tempo parecidos com variedades mais maduras. Mais uma vez estávamos enganados: nebulosas planetárias embrionárias e jovens têm mais tipos de formas. Seus eixos múltiplos de simetria simplesmente não podem ser explicados de maneira simples, como no exemplo do bocal. Como foi comprovado em 1998 pelo artigo de Sahai e Trauger, chegara a hora de encontrar um paradigma diferente.

Mexendo no Vespeiro RASCUNHOS DE TEORIAS PRODUTIVAS sobre a forma das nebulosas planetárias continuam a aparecer. O segredo é desenvolver modelos que possam abarcar o complexo conjunto de observações. Os pesquisadores agora admitem que um dos principais componentes é a influência gravitacional das estrelas companheiras. Pelo menos 50% de todas as "estrelas" que vemos à noite são na verdade pares de estrelas orbitando entre si. Em alguns deles, a gravidade de uma estrela pode desviar ou mesmo controlar o material que sai de outra. Mario Livio, do Instituto de Ciência Telescópica Espacial, e seu ex-aluno Noam Soker, do Instituto de Tecnologia Technion-Israel, defenderam essa idéia anos antes que ela entrasse em voga.

Nesse cenário, a companheira captura o material fluido da estrela agonizante. Em um sistema em que as órbitas são menores do que as de Mercúrio e um "ano" orbital é medido em dias como os nossos da Terra, essa transferência é complicada. Quando o material da estrela agonizante chega até a companheira, esta última dispara para longe em sua órbita. O material tirado em forma de ondas da grande estrela agonizante forma uma cauda que persegue a estrela companheira mais densa. Esta cauda no final solidifica-se em um disco espesso e denso que gira em volta da companheira. Simulações demonstraram que mesmo uma companheira com uma órbita tão ampla quanto a de Netuno consegue incorporar um disco de acreção. A saga pode dar uma guinada interessante. Ao aumentar de tamanho, a estrela agonizante pode engolir sua companheira e o disco.

O resultado é um caso de indigestão cósmica. A companheira e o disco entram numa órbita espiral dentro do corpo da estrela maior, modificando sua forma e achatando-a a partir do interior. O fluxo pode agitar-se, formando jatos curvos. Gradualmente, a companheira mergulha na estrela até fundir-se por completo com o núcleo, no momento em que o fluxo é interrompido. Esse processo poderia explicar por que algumas nebulosas parecem resultar de um fluxo que chegou a um fim repentino.

Orientação Magnética AS ESTRELAS COMPANHEIRAS em sistemas binários não são as únicas escultoras plausíveis das nebulosas planetárias. Outros participantes podem ser os poderosos campos magnéticos embutidos na estrela ou no disco que se forma em torno da companheira. Devido a uma boa quantidade de gás no espaço que se encontra ionizado, os campos magnéticos podem guiar o movimento do gás. Potentes campos funcionam como tiras de borracha rígidas que ajustam seu fluxo, do mesmo modo que o campo magnético da Terra, que captura partículas vindas do vento solar e as conduz para as regiões polares para produzir auroras.

Em meados dos anos 1990, Roger A. Chevalier e Ding Luo, da Universidade da Virgínia, sugeriram que os ventos de fluxo estelares carregavam anéis do campo magnético. As forças de oposição entre o gás e o campo podem alinhar o fluxo de saída em formas exóticas. Infelizmente para o modelo, evidencia-se que o campo no começo é muito fraco e não cumpre nenhuma função na geração do vento. Isso é um problema, porque campos magnéticos ativos na superfície das estrelas parecem ser vitais na origem dos ventos. Uma alternativa foi estudar a força com que os campos magnéticos lançam material no espaço. A convecção agita a estrela agonizante, enquanto os campos ligados ao núcleo elevam-se com o gás flutuante até a superfície e, se o núcleo faz uma rotação muito rápida, enrolam-se como uma mola. Quando emergem, eles estouram e impulsionam o material para fora. Um processo semelhante pode ocorrer em um disco de acreção magnetizado.

De fato, a estrela e o disco de acreção podem abastecer um grupo de ventos. Um desalinhamento dos eixos pode produzir algumas das estranhas formas multipolares vistas nas nebulosas planetárias mais jovens. A nossa compreensão de como as estrelas desmembradas são esculpidas em nebulosas planetárias fez certo progresso, mas ainda temos muito a aprender. A descrição geral da morte das estrelas é bem aceita. As estrelas evoluem de tal maneira que seus motores rateiam quando elas apagam e soltam suas camadas externas no espaço. Na verdade, a teoria da estrutura estelar e sua evolução é uma das teorias científicas de maior sucesso do século XX. Ela explica de maneira detalhada as observações da maioria das estrelas - sua produção de luz, suas cores, inclusive a maioria de suas peculiaridades. Mas ainda restam grandes dúvidas, especialmente sobre a primeira e última etapa da vida das estrelas.

Não muito longe da Universidade de Rochester fica a Escola de Música Eastman. Lá alguns dos melhores músicos e compositores jovens do mundo esforçam-se todos os dias para encontrar uma maneira de expressar suas visões criativas. Nós, que estudamos a morte de estrelas semelhantes ao Sol, encontramo-nos na mesma situação. Acreditamos ter conseguido identificar os instrumentos com que as estrelas agonizantes provocam seus esvaziamentos.

O que ainda não compreendemos é como essas leis são orquestradas para criar algo tão harmoniosamente estruturado como uma nebulosa planetária. Dificilmente somos os únicos astrônomos a ficar perplexos, maravilhados e a ser desafiados pelas imagens enigmáticas do Hubble e por outros instrumentos da década passada. Praticamente todo campo de investigação científica possui uma história parecida para contar. Novas informações acabam questionando as melhores teorias em qualquer campo de pesquisa. Assim é o progresso. Tampam-se velhos buracos enquanto se prepara o caminho para grandes saltos (às vezes desorientados) para a frente. As teorias científicas são criadas para ser aplicadas, mas devem levantar suspeitas, ser testadas e aperfeiçoadas.