8 de nov de 2015

Astrônomos identificam estrela gêmea do Sol rejuvenescida



Uma equipe liderada por astrônomos brasileiros acaba de desvendar alguns “mistérios” sobre a HIP 10725, estrela gêmea do Sol. Um deles é o porquê da ausência do elemento químico berílio e o fato de a estrela estar “rejuvenescida” por uma outra que é denominada “companheira invisível”. Ambas formam um sistema duplo de estrelas devido à proximidade gravitacional que as mantêm ligadas desde o nascimento. As descobertas foram realizadas num projeto de iniciação científica de Lucas Schirbel, que é aluno do professor Jorge Meléndez no Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP e bolsista da Fapesp.

Segundo Meléndez, a descoberta é importante para o conhecimento de como as estrelas evoluem quando elas formam sistemas duplos. “Diferentemente do Sol, a maioria das estrelas é parte de sistemas múltiplos, de duas ou mais estrelas”, explica o cientista. A HIP 10725 foi uma das gêmeas solares observadas por Meléndez, em 2009, por meio do telescópio VLT de 8 metros do Observatório Europeu do Sul (ESO), que foi utilizado na pesquisa. Na oportunidade, o cientista ficou intrigado com essa estrela devido à ausência de berílio, que é proeminente no Sol e em outras gêmeas solares. A HIP 10725 está localizada a 174 anos-luz da Terra. Ou seja, a luz desta estrela demoraria 174 anos para chegar à Terra. “A luz do Sol, por exemplo, demora somente oito minutos”, compara o cientista.

Rejuvenescimento

O projeto atual, que está descrito em artigo recentemente aceito para publicação na Revista Astronomy & Astrophysics, descreve que a baixa quantidade do elemento químico berílio se dá pela transferência de material que acontece entre as duas estrelas (HIP 10725 e a companheira). “E isso aumenta, pouco a pouco, a rotação da estrela, causando a perda do berílio na HIP 10725”, argumenta Meléndez.
Schirbel descobriu outras caraterísticas interessantes que ajudaram a entender a baixa quantidade de berílio na HIP 10725. A estrela apresentava um excesso de elementos pesados como o ítrio, bário, lantânio e neodímio. Esses elementos químicos não são produzidos em estrelas como o Sol, apenas nas de maior massa conhecidas como estrelas AGB, que estão no fim da vida. “Uma estrela que possua umas 2 vezes a massa do Sol, como a HIP17025, se converte em AGB e tem um tempo estimado de vida de 1,5 bilhões de anos”, descreve Melendez, ressaltando que “o Sol, ou sua gêmea, tem um tempo de vida de 10 bilhões de anos”. O grupo passou então a trabalhar com a hipótese de a gêmea solar ter sido contaminada por transferência desses elementos químicos vindos de uma estrela deste tipo (AGB).

Se de fato ocorreu transferência de material haveria uma consequência importante: a transferência de massa aumentaria a rotação da gêmea solar, ou seja, a HIP 10725 giraria mais rapidamente, parecendo mais jovem em relação à sua verdadeira idade. Isso foi conferido pelo grupo, que determinou que a estrela girava muito mais rápido do que deveria. A idade atual da HIP 10725 é de 5 bilhões de anos (similar à do Sol), porém a estrela tem uma rotação tão rápida quanto estrelas de apenas 1 bilhão de anos. O mistério da baixa abundância de berílio poderia ser explicado pela alta rotação, que aumentaria significativamente a destruição desse elemento químico.
Anã branca

As observações pareciam se encaixar, exceto pela ausência da estrela companheira, em fase final de vida, na qual se expande e possui diversos metais pesados, como os apresentados na HIP 10725. Meléndez explica que as gêmeas do Sol, como a HIP 10725, nascem relativamente pequenas. “Elas têm a mesma quantidade de matéria do Sol”, afirma. “Já a ‘progenitora’ da estrela companheira nasceu com duas vezes a massa do Sol. Esta estrela, mais maciça, evoluirá muito mais rápido que a gêmea solar [HIP 10725], pois tem um tempo de vida de apenas 1,5 a 2 bilhões de anos”.
Ela vai então se transformando em uma estrela gigante, chamada AGB. “Esse tipo de estrela vai ejetando as suas camadas mais externas, até restar apenas agora o núcleo, que é uma estrela muito pouco luminosa, a chamada anã branca”, explica o cientista. “Ou seja, atualmente não observamos a estrela AGB pois ela já morreu, deixando apenas seu núcleo que quase não tem brilho. Se estivéssemos no passado, há 3,5 bilhões de anos, poderíamos observar os estágios finais da estrela AGB, e ver como vai ejetando suas camadas externas até deixar apenas seu núcleo. Isso ocorreu há muito tempo, por isso não vemos agora a estrela AGB”, conclui.

Estrelas deste tipo são muito brilhantes e facilmente detectáveis, e não havia sinais da presença de uma estrela AGB próxima à HIP 10725. No entanto, essas estrelas também têm um período curto de vida, cerca de dois bilhões de anos, enquanto a HIP 10725 possui dez. A transferência de massa poderia ter acontecido no passado, fazendo com que a estrela AGB perdesse seu envoltório e deixasse para trás apenas o núcleo, que agora seria uma estrela muito compacta conhecida como anã branca. Anãs brancas têm pouquíssimo brilho, o que explicaria o fato de ela não ser visível próxima à HIP 10725.
A presença da anã branca poderia ser verificada pelo efeito gravitacional, pois causaria mudanças no movimento da HIP 10725. Observações adicionais, inclusive no Observatório Pico dos Dias, em Minas Gerais, indicaram que a HIP 10725 definitivamente tem uma estrela companheira “invisível”, resolvendo finalmente o mistério. A descoberta exigiu um “trabalho de detetive” por parte da equipe de astrônomos. “É muito satisfatório notar que uma anomalia, como a baixa abundância de berílio, pode redirecionar nossas pesquisas para descobertas inesperadas”, disse Lucas Schirbel.
O
 professor José-Dias do Nascimento e Matthieu Castro, ambos da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), modelaram, por meio de equações, a transferência de material que aumentou a rotação da estrela e causou a destruição do berílio. Segundo eles, o fenômeno é “o efeito botox estelar, que causa o aparente rejuvenescimento da estrela devido ao aumento da rotação”, pois uma das maneiras de se calcular a idade de uma estrela é a partir de sua velocidade de rotação.
Para o professor Jorge Melendez, “outras quatro gêmeas solares com níveis baixos de berílio observadas por uma equipe japonesa em 2011, parecem ter companheiras anãs brancas, o que explicaria o mistério do seu baixo berílio”.

A equipe internacional inclui Lucas Schirbel, Jorge Melendez, Marcelo Tucci Maia (IAG), Marcos A. Faria (Universidade Federal de Itajubá), Matthieu Castro, José-Dias do Nascimento Jr. (Universidade Federal do Rio Grande do Norte), Amanda I. Karakas, Martin Asplund, David Yong, Louise Howes (The Australian National University), Ivan Ramirez (University of Texas at Austin), e Maria Lugaro (Konkoly Observatory, Research Centre for Astronomy and Earth Sciences, Hungarian Academy of Sciences).

USP

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