Nota de Imprensa

As estrelas mais brilhantes não vivem sozinhas

VLT descobre que a maioria das estrelas mais pesadas são pares em interação

26 de Julho de 2012

Um novo estudo que utilizou o Very Large Telescope do ESO (VLT) mostrou que a maioria das estrelas brilhantes de elevada massa, responsáveis pela evolução das galáxias, não vivem isoladas. Quase três quartos destas estrelas têm uma companheira próxima, o que é muito mais do que o suposto anteriormente. Surpreendentemente, a maior parte destes pares interagem de modo violento, havendo, por exemplo, transferência de massa de uma estrela para a outra. Pensa-se que cerca de um terço destes pares acabará por se fundir, formando uma única estrela. Os resultados serão publicados na revista Science a 27 de Julho de 2012.

O Universo é um lugar muito diverso e muitas das estrelas são muito diferentes do Sol. Uma equipa internacional utilizou o VLT para estudar estrelas do tipo O, as quais apresentam temperaturas, massas e luminosidades muito elevadas [1]. Estas estrelas têm vidas curtas e violentas, desempenhando um papel fundamental na evolução das galáxias. Estão também ligadas a fenómenos extremos, tais como "estrelas vampiras", onde a estrela mais pequena chupa matéria da superfície da companheira maior, e explosões de raios gama.

"Estas estrelas são autênticos monstros," diz Hughes Sana (Universidade de Amesterdão, Holanda), autor principal do estudo. "Têm 15 ou mais vezes a massa do nosso Sol e podem ser até um milhão de vezes mais brilhantes. Estas estrelas são tão quentes que brilham com uma luz azul-esbranquiçada e têm temperaturas à superfície que vão para além dos 30 000 graus Celsius."

Os astrónomos estudaram uma amostra de 71 estrelas do tipo O, tanto isoladas como em pares (binários) em seis enxames estelares jovens próximos, na Via Láctea. A maioria dos dados utilizados no estudo foram obtidos com telescópios do ESO, incluindo o VLT.

Ao analisar a radiação emitida por estes objetos [2] com detalhadamente do que o até agora conseguido, a equipa descobriu que 75% de todas as estrelas do tipo O fazem parte de um sistema binário, uma proporção mais elevada do que a suposta até agora, e a primeira determinação precisa deste valor. Mais importante ainda, a equipa descobriu que a proporção destes pares onde as estrelas se encontram suficientemente próximas uma da outra para que haja interação entre elas (quer através de fusão estelar quer através de transferência de massa pelas chamadas estrelas vampiras) é muito mais elevada do que a esperada, resultado que tem implicações profundas na nossa compreensão da evolução de galáxias.

As estrelas do tipo O constituem apenas uma fracção de um por cento das estrelas no Universo, mas os fenómenos violentos a que estão associadas significam que têm um efeito desproporcionado no seu meio circundante. Os ventos e choques que vêm destas estrelas podem tanto dar origem como parar a formação estelar, a sua radiação faz com que as nebulosas brilhem, as suas supernovas enriquecem as galáxias com elementos pesados essenciais à vida, estando ainda associadas às explosões de raios gama, as quais se contam entre os fenómenos mais energéticos no Universo. As estrelas de tipo O estão por isso implicadas em muitos dos mecanismos que fazem evoluir as galáxias.

"A vida de uma estrela é grandemente afectada pelo facto desta se encontrar próximo de outra," diz Selma de Mink (Space Telescope Science Institute, EUA), co-autora do estudo. "Se duas estrelas orbitam muito próximas uma da outra, poderão eventualmente fundir-se. Mas mesmo que isso não aconteça, uma das estrelas normalmente retira matéria da superfície da outra".

As fusões entre estrelas, as quais a equipa estima que serão o destino final de cerca de 20 a 30 % das estrelas de tipo O, são fenómenos violentos. Mas mesmo o cenário comparativamente calmo de estrelas vampiras, que acontece em 40 a 50% dos casos, tem efeitos profundos no modo como as estrelas evoluem.

Até agora, os astrónomos pensavam que os binários de estrelas de elevada massa, onde as componentes orbitam muito próximo uma da outra, eram uma excepção, algo apenas necessário para explicar fenómenos exóticos, tais como binários de raios X, pulsares duplos ou binários de buracos negros. Este novo estudo mostra que, para interpretar correctamente o Universo, não podemos fazer esta simplificação: estas estrelas duplas de elevada massa não são apenas comuns, as suas vidas são também fundamentalmente diferentes daquelas que existem enquanto estrelas isoladas.

Por exemplo, no caso das estrelas vampiras, a estrela mais pequena, de massa menor, rejuvenesce ao sugar hidrogénio fresco da sua companheira. A sua massa irá aumentar substancialmente e irá sobreviver à sua companheira, vivendo muito mais tempo do que uma estrela isolada com a mesma massa. Entretanto, a estrela vítima fica sem o seu envelope antes de ter oportunidade de se tornar numa supergigante vermelha luminosa. Em vez disso, o seu núcleo azul quente fica exposto. Desde fenómeno resulta que a população estelar de uma galáxia distante poderá parecer muito mais jovem
do que é na realidade: tanto as estrela vampiras rejuvenescidas como as estrela vítimas diminuídas tornam-se mais quentes e azuis em termos de cor, ficando portanto com a aparência de estrelas mais jovens. Saber a verdadeira proporção das estrelas binárias de elevada massa em interação é por isso crucial para se poder caracterizar corretamente estas galáxias longínquas. [3]

"A única informação que os astrónomos têm das galáxias distantes é-lhes fornecida pela radiação que chega aos telescópios. Sem fazer suposições sobre o que é responsável por esta radiação, não podemos tirar conclusões sobre a galáxia, tais como quão massiva ou jovem ela é. Este estudo mostra que a suposição frequente de que a maioria das estrelas existem de forma isolada pode levar a tirar as conclusões erradas," conclui Hughes Sana.

Para compreender qual a proporção estes efeitos e como é que esta nova perspectiva afectará a nova visão da evolução galáctica, temos que trabalhar mais. Fazer a modelização de estrelas binárias é algo complicado, por isso demorará algum tempo até que estas considerações sejam incluídas nos modelos de formação galáctica. 

Notas

[1] A maioria das estrelas são classificadas de acordo com o seu tipo espectral ou cor. Este parâmetro está, por sua vez, relacionado com a massa das estrelas e a sua temperatura à superfície. Partindo da mais azul (e portanto da mais quente e de maior massa) até à mais vermelha (e portanto a mais fria e de menor massa), a sequência de classificação mais comum é O, B, A, F, G, K e M. As estrela do tipo O têm uma temperatura à superfície de cerca de 30 000 graus Celsius ou mais, e aparecem-nos de um azul pálido brilhante. A sua massa é 15 ou mais vezes a massa do Sol.

[2] As estrelas que compõem os sistemas binários de estrelas estão geralmente muito próximas uma da outra para poderem ser observadas como dois pontos de luz separados de modo direto. No entanto, a equipa conseguiu detectar a sua natureza binária utilizando o instrumento UVES (Ultraviolet and Visible Echelle Spectrograph) montado no VLT. Os espectrógrafos separam a radiação emitida pelas estrelas, num processo semelhante ao de um prisma que separa a radiação solar num arco-íris. Imprimidos na radiação estelar encontram-se ténues padrões de traços causados pelos elementos nas atmosferas das estrelas, que escurecem cores específicas da radiação. Quando os astrónomos observam estrelas únicas, estes padrões, chamados riscas de absorção, estão bem fixos, mas nos binários, as riscas vindas das duas estrelas estão ligeiramente deslocadas, uma relativamente à outra, devido ao movimento das estrelas. Características tais como quanto estas riscas se encontram deslocadas uma da outra ou o modo como se deslocam com o tempo, permitem aos astrónomos determinar o movimentos das estrelas e daí as suas características orbitais, incluindo se as estrelas se encontram suficientemente perto uma da outra para que possa haver trocas de matéria ou até fusão.

[3] A existência deste número enorme de estrelas vampiras está de acordo com um outro fenómeno anteriormente inexplicável. Cerca de um terço das estrelas que explodem como supernovas têm, surpreendentemente, muito pouco hidrogénio. No entanto, a proporção de supernovas pobres em hidrogénio está de acordo com a proporção de estrelas vampiras encontradas neste estudo. Espera-se que as estrelas vampiras dêem origem a supernovas pobres em hidrogénio nas suas vítimas, uma vez que as camadas exteriores ricas em hidrogénio terão sido arrancadas pela gravidade da estrela vampira antes da vítima ter tido oportunidade de explodir como supernova. 

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado "Binary interaction dominates the evolution of massive stars", H. Sana et al.,, que será publicado na revista Science a 27 de Julho de 2012.

A equipa é composta por H. Sana (Universidade de Amesterdão, Holanda), S.E. de Mink (Space Telescope Science Institute, Baltimore, EUA; Johns Hopkins University, Baltimore, EUA), A. de Koter (Universidade de Amesterdão; Universidade de Utrecht, Holanda), N. Langer (Universidade de Bona, Alemanha), C.J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Edinburgh, RU), M. Gieles (University of Cambridge, RU), E. Gosset (Universidade de Liege, Bélgica), R.G. Izzard (Universidade de Bona), J.-B. Le Bouquin (Université Joseph Fourier, Grenoble, França) e F.R.N. Schneider (Universidade de Bona).

O ano de 2012 marca o quinquagésimo aniversário da fundação do Observatório Europeu do Sul (ESO). O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é financiado por 15 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e funcionamento de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta, no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio. O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é o parceiro europeu do revolucionário telescópio ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. O ESO encontra-se a planear o European Extremely Large Telescope, E-ELT, um telescópio da classe dos 40 metros que observará na banda do visível e próximo infravermelho. O E-ELT será "o maior olho no céu do mundo". 

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1230, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.