Astrofísicos simulam os sons das estrelas para revelar os seus segredos

O som não é capaz de viajar pelo vácuo do espaço. Mas isso não impede que as estrelas desencadeiem uma sinfonia de notas subsónicas enquanto os seus fornos nucleares geram vibrações complexas.

Os telescópios podem detetar essas vibrações como flutuações no brilho ou na temperatura à superfície de uma estrela. Compreendendo estas vibrações, podemos aprender mais sobre a estrutura interna da estrela que, de outra forma, não pode ser vista.

“Um violoncelo soa como um violoncelo devido ao seu tamanho e forma,” diz Jacqueline Goldstein, estudante de pós-graduação do departamento de astronomia da Universidade de Wisonsin-Madison. “As vibrações das estrelas também dependem do seu tamanho e estrutura.”

No seu trabalho, Goldstein estuda a ligação entre a estrutura estelar e as vibrações, desenvolvendo software que simula diversas estrelas e as suas frequências. À medida que compara as suas simulações com estrelas reais, Goldstein pode refinar o seu modelo e melhorar a maneira como os astrofísicos, como ela, espreitam sob a superfície das estrelas, examinando os seus subtis sons.

“Com frequências que se repetem na ordem de minutos a dias, teríamos que acelerar as vibrações estelares mil ou um milhão de vezes para colocá-las dentro do alcance da audição humana. Estas reverberações podem ser mais precisamente chamadas “sismos estelares”, nome que recebem dos seus primos sísmicos na Terra. O campo de estudo chama-se asterosismologia (ou sismologia estelar).

À medida que as estrelas fundem hidrogénio em elementos mais pesados nos seus núcleos, o plasma quente vibra e faz com que as estrelas pisquem. Estas flutuações podem informar os investigadores sobre a estrutura de uma estrela e sobre como mudará à medida que envelhece. Goldstein estuda estrelas que são maiores do que o nosso próprio Sol.

“Essas são as que explodem e produzem buracos negros e estrelas de neutrões e todos os elementos pesados do Universo que formam planetas e, essencialmente, vida nova,” explica Goldstein. “Nós queremos entender como funcionam e como afetam a evolução do Universo. São questões muito importantes.”

Trabalhando com os professores de astronomia Rich Townsend e Ellen Zweibel, Goldstein desenvolveu um programa chamado GYRE que se liga ao programa de simulação estelar MESA. Usando este software, Goldstein constrói modelos de vários tipos de estrelas para ver os aspetos das suas vibrações. Verifica de seguida quão intimamente a simulação e a realidade combinam.

“Como fui eu que criei as minhas estrelas, sei o que coloquei no seu interior. De modo que quando comparo os meus padrões previstos de vibração com os padrões de vibração observados, se são iguais, então, ótimo, o interior das minhas estrelas é como o interior daquelas estrelas reais. Se são diferentes, o que é normalmente o caso, isso dá-nos informações de que precisamos melhorar as nossas simulações e testar novamente,” acrescenta Goldstein.

Tanto o GYRE como o MESA são programas de código aberto, o que significa que os cientistas podem aceder e modificar livremente o código. Todos os anos, cerca de 40 a 50 pessoas frequentam uma escola de verão dedicada ao software MESA na Universidade da Califórnia, em Santa Barbara, para aprender a usar o programa e para fazer “brainstorming” de melhorias.

Goldstein e o seu grupo beneficiam de todos estes utilizadores que sugerem alterações e corrigem erros tanto no MESA quanto no seu próprio programa.

Também recebem um impulso de outro grupo de cientistas – caçadores de planetas. Duas coisas podem fazer o brilho de uma estrela flutuar: vibrações internas ou um planeta que passa em frente da estrela. À medida que a procura por exoplanetas – planetas que orbitam estrelas que não o Sol – cresce, Goldstein ganha acesso a uma série de novos dados sobre as flutuações estelares que são captadas nos mesmos levantamentos de estrelas distantes.

O mais recente caçador de exoplanetas é um telescópio chamado TESS, que foi lançado para órbita o ano passado para estudar 200.000 das estrelas mais brilhantes e próximas. “O que o TESS está a fazer é olhar para todo o céu (…) Vamos poder dizer, para todas as estrelas que vemos na nossa vizinhança, se pulsam ou não. Se sim, vamos poder estudar as suas pulsações para aprender mais sobre o que está a acontecer abaixo da superfície.”

Goldstein está agora a desenvolver uma nova versão do GYRE para aproveitar os dados do TESS. Com a nova versão, começará a simular esta orquestra estelar com centenas de milhares de participantes. Com estas simulações, podemos ser capazes de aprender um pouco mais sobre as nossas vizinhas cósmicas, apenas ouvindo.

CCVAlg // CCVAlg

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