© ESO (estrela gigante vermelha R Sculptoris)
Esta
é a primeira vez que uma estrutura deste tipo, juntamente com uma
concha esférica exterior, é encontrada em torno de uma estrela gigante
vermelha. É também a primeira vez que astrônomos conseguem obter
informação completa em três dimensões de uma espiral desta natureza. A
estranha forma foi provavelmente criada por uma estrela companheira
escondida, que orbita a gigante vermelha. Este trabalho é um dos
primeiros resultados científicos do ALMA a ser publicado e sairá esta
semana na revista Nature.
Uma equipe de
astrônomos, utilizando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
(ALMA), o mais poderoso telescópio milimétrico/submilimétrico do mundo,
descobriu uma estrutura em espiral surpreendente no gás que rodeia a
estrela gigante vermelha R Sculptoris. Este fato significa que existe
provavelmente uma estrela companheira que orbita a estrela, mas que
nunca foi vista anteriormente. Outra surpresa foi a descoberta de que a
gigante vermelha ejetou muito mais material do que o esperado.
A
R Sculptoris é o exemplo de uma estrela que se encontra no ramo
assintótico das gigantes (AGB na sigla em inglês). São estrelas com
massas iniciais entre as 0,8 e 8 massas solares, que se encontram nos
últimos estágios das suas vidas. São gigantes vermelhas frias que
apresentam acentuada perda de massa sob a forma de fortes ventos
estelares e são tipicamente variáveis de longo período. A sua estrutura
consiste num pequeníssimo núcleo central de carbono e oxigênio, rodeado
por uma concha em combustão de hélio e hidrogênio, seguida de um enorme
envelope convectivo. O Sol irá eventualmente evoluir para a fase de
estrela AGB
.
A concha ejetada que se forma em
torno das estrelas AGB é composta por gás e grãos de poeira. Os grãos de
poeira podem ser encontrados ao procurar emissão térmica, emissão esta
que vai desde o infravermelho longínquo até aos comprimentos de onda do
milímetro. No milímetro a emissão que vem da molécula de CO permite aos
astrônomos obter mapas de alta resolução da emissão de gás proveniente
dos fortes ventos estelares gerados pelas estrelas AGB. Estas
observações descrevem também, de forma excelente, a distribuição do gás
em torno destes objetos. A alta sensibilidade do ALMA torna possível
obter diretamente imagens da zona de condensação da poeira e da
estrutura do material em torno das estrelas AGB, mostrando detalhes
menores que 0,1 segundos de arco.
Uma estrutura
em espiral similar, mas sem a concha circundante, foi observada pelo
Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA na estrela LL Pegasi. No entanto,
ao contrário das novas observações do ALMA, estes dados não permitiram
que a estrutura 3D completa fosse estudada. As observações do Hubble
detectam a poeira, enquanto que as do ALMA detectam a emissão molecular.
"Já
tínhamos visto anteriormente conchas em torno de estrelas deste tipo,
mas esta é a primeira vez que vemos uma espiral de matéria saindo da
estrela, juntamente com a concha circundante," diz o autor principal do
artigo científico que descreve os resultados, Matthias Maercker (ESO e
Instituto de Astronomia Argelander, Universidade de Bonn, Alemanha).
Uma
vez que ejetam grandes quantidades de matéria, as gigantes vermelhas,
como a R Sculptoris, contribuem muito para a poeira e gás que constituem
a matéria prima na formação de futuras gerações de estrelas, sistemas
planetários e, consequentemente, vida.
Quando
estas novas observações foram obtidas, o ALMA distanciou-se logo em
termos de qualidade dos outros observatórios submilimétricos. As
observações preliminares mostraram claramente uma concha esférica em
torno da R Sculptoris, mas nem a estrutura em espiral nem a companheira
foram observadas.
"Quando observamos a estrela
com o ALMA, nem metade das antenas estavam ainda operacionais. É
realmente excitante imaginar o que a rede ALMA completa conseguirá
observar quando estiver terminada em 2013", acrescenta Wouter Vlemmings
(Universidade de Tecnologia Chalmers, Suécia), co-autor do estudo.
No
final das suas vidas, as estrelas com até oito massas solares
transformam-se em gigantes vermelhas e libertam enormes quantidades de
matéria sob a forma de um denso vento estelar. Durante a fase de gigante
vermelha, as estrelas sofrem periodicamente pulsações térmicas. Este
fenômeno corresponde a fases de curta duração, em que se verificam
explosões de combustão de hélio na concha que envolve o núcleo estelar.
Uma pulsação térmica faz com que a matéria seja expelida para fora da
estrela a uma taxa muito elevada, o que origina a formação de uma grande
concha de poeira e gás em torno da estrela. Depois da pulsação, a taxa à
qual a estrela perde massa volta ao seu valor normal.
As
pulsações térmicas ocorrem com intervalo de 10 mil a 50 mil anos,
durando apenas algumas centenas de anos. As novas observações de R
Sculptoris mostram que esta estrela sofreu uma pulsação térmica há cerca
de 1.800 anos, a qual durou cerca de 200 anos. A estrela companheira
moldou o vento de R Sculptoris em forma espiral.
"Ao
aproveitar o poder do ALMA para observar pequenos detalhes, podemos
compreender muito melhor o que acontece com a estrela antes, durante e
depois da pulsação térmica, através do estudo da forma da concha e da
estrutura em espiral," diz Maercker. "Sempre esperamos que o ALMA nos
desse uma nova visão do Universo, mas já está descobrindo coisas novas e
inesperadas, com uma das primeiras configurações de observação é
verdadeiramente excitante."
De modo a descrever a
estrutura observada em torno de R Sculptoris, a equipe de astrônomos
efetuou simulações de computador para seguir a evolução de um sistema
binário. Estes modelos se ajustam muito bem às novas observações do
ALMA. O sistema aqui modelado consiste numa estrela primária AGB em
pleno processo de pulsação térmica e numa pequena estrela companheira. A
separação entre as estrelas utilizada na simulação é de 60 unidades
astronômicas, com uma massa total do sistema de 2 massas solares. O
período orbital é de 350 anos.
"É um verdadeiro
desafio tentar descrever de forma teórica todos os detalhes observados
pelo ALMA, mas os nossos modelos de computador mostram que estamos
realmente no caminho certo. O ALMA está nos dando novas pistas sobre o
que se passa nestas estrelas e o que pode acontecer ao Sol daqui a
alguns bilhões de anos," diz Shazrene Mohamed (Instituto de Astronomia
Argelander, Bonn, Alemanha e Observatório Astrônomico da África do Sul),
co-autor do estudo.
"Num futuro próximo,
observações de estrelas como R Sculptoris pelo ALMA nos ajudarão a
compreender como é que os elementos de que somos constituídos chegaram a
locais como a Terra, e também nos fornecerão pistas de como é que o
futuro longínquo da nossa própria estrela poderá ser," conclui Matthias
Maercker.
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