Uma massiva bailarina pulsante explica como as estrelas explodem em supernovas

Uma colaboração internacional, com a participação do IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias), determinou com um nível de precisão sem precedentes a massa, a idade e o perfil de rotação do núcleo de uma estrela pulsante massiva.

Conhecida como HD 192575, tem sido observada continuamente pelo TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA durante mais de um ano.

Os resultados lançam uma nova luz sobre a estrutura interna destas estrelas e a sua evolução até à morte, quando explodem como supernovas e formam estrelas de neutrões e buracos negros.

A equipa científica também utilizou observações feitas com o telescópio Mercator, localizado no Observatório Roque de los Muchachos, em La Palma.

O estudo foi publicado na revista Nature Astronomy.

As estrelas massivas têm uma vida extremamente curta no Universo; têm núcleos muitos densos e quentes, queimam rapidamente o seu combustível e morrem jovens.

Quando estas estrelas colapsam, geram uma violenta explosão de supernova e, dependendo da sua massa e da estrutura do seu núcleo, acabam por formar uma estrela de neutrões ou um buraco negro.

As estrelas massivas são, portanto, fundamentais, não só para compreender os processos físicos responsáveis pela sua evolução, mas também para resolver outras questões fundamentais sobre o Universo.

O estudo internacional, liderado pela KU Leuven (Bélgica), aplicou a técnica de asterossismologia para estudar a variabilidade da estrela pulsante HD 192575 que o satélite TESS da NASA tem estado a observar durante mais de um ano.

A asterossismologia é o estudo das ondas no interior das estrelas.

Estas ondas são afetadas pelas propriedades internas das estrelas e, em particular, pela rotação do seu núcleo, o que nos permite aceder a informação sobre os processos físicos que ocorrem no interior das estrelas a partir das suas alterações de brilho.

Estes processos físicos permanecem atualmente não calibrados, mas precisam de ser compreendidos para prever o destino final da estrela.

O estudo de estrelas massivas requer dados de alta precisão e de longo prazo para análises avançadas. Graças à missão TESS, o estudo de HD 192575 atingiu um nível de detalhe sem precedentes.

“Os telescópios espaciais como o TESS, e antes o Kepler, são capazes de observar estrelas quase ininterruptamente durante longos períodos de tempo, o que os torna excelentes ferramentas para os asterossismólogos”, diz Siemen Burssens, investigador da KU Leuven que liderou o estudo.

“O TESS é especialmente importante para a asterossismologia de estrelas massivas, uma vez que os telescópios espaciais anteriores geralmente evitavam estrelas massivas brilhantes”, diz o astrónomo.

As novas ferramentas de modelagem desenvolvidas neste trabalho permitiram à equipa medir a massa de HD 192575 como sendo 12 vezes a massa do nosso Sol, e uma idade de 15 milhões de anos.

Este facto faz de HD 192575 uma das estrelas mais raras e mais massivas alguma vez modeladas através da asterossismologia. Além disso, descobriu-se que o núcleo de HD 192575 gira cerca de 1,5 vezes mais depressa do que as suas camadas superficiais, o que não é previsto pelos modelos atuais.

“Tal como uma bailarina que gira mais depressa aproximando os seus braços esticados para perto do corpo, HD 192575 deveria ter um núcleo que gira mais depressa à medida que envelhece e encolhe”, explica Dominic Bowman, investigador da KU Leuven e coautor do estudo.

“No entanto, a rotação do núcleo que medimos atualmente não é tão rápida em relação às suas camadas exteriores como previsto por modelos de rotação não magnéticos. Isto levou-nos a refletir sobre a física responsável por HD 192575 ter o perfil de rotação medido”, acrescenta Bowman.

Padrão de referência único

Os dados do TESS, combinados com os do telescópio Mercator, situado no Observatório Roque de los Muchachos em La Palma, e da missão espacial Gaia da ESA, permitiram à equipa inferir com precisão a quantidade de mistura química nas profundezas de HD 192575 e a massa do seu núcleo, que é um indicador chave da evolução futura de uma estrela massiva e da explosão de supernova.

A determinação exata da massa do núcleo, da idade e do perfil de rotação de HD 192575 faz desta estrela massiva um ponto de calibração único para o ajuste de modelos de evolução estelar, que são, em última análise, fundamentais para compreender o impacto das estrelas massivas na evolução das galáxias e na infância do Universo.

“Este é apenas o início de um caminho muito promissor para um estudo semelhante ao de HD 192575 numa amostra muito maior de estrelas massivas da nossa Galáxia”, diz Sergio Simón-Díaz, investigador do IAC, coautor do artigo.

Simón-Díaz é também investigador principal do projeto IACOB, uma colaboração internacional liderada pelo IAC que tem vindo a utilizar vários telescópios nos Observatórios das Ilhas Canárias há mais de 15 anos para criar a maior base de dados de sempre de espectros de estrelas massivas da Via Láctea.

“Os esforços continuados do projeto IACOB serão decisivos para otimizar os dados do satélite TESS e passar do estudo pioneiro de HD 192575 para várias centenas de estrelas dezenas de vezes mais massivas que o nosso Sol”, conclui Simón-Díaz.