Faróis pulsantes: medições revolucionárias redefinem estrelas cefeidas

Novos insights do projeto VELOCE sobre estrelas Cefeidas incluem padrões detalhados de pulsação e dinâmica do sistema binário, derivados de extensas medições de velocidade radial

RS Puppis, uma das estrelas variáveis Cefeidas mais luminosas, aumenta e diminui ritmicamente ao longo de um ciclo de seis semanas. Crédito: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-Hubble/Europe Collaboration

Cefeidas Clássicas – são um tipo de estrela pulsante que aumenta e diminui ritmicamente com o tempo.

Essas pulsações ajudam os astrônomos a medir vastas distâncias no espaço, o que torna as Cefeidas velas padrão cruciais – que nos ajudam a compreender o tamanho e a escala do nosso universo.

Apesar de sua importância, estudar as Cefeidas é um desafio.

As suas pulsações e potenciais interações com estrelas companheiras criam padrões complexos que são difíceis de medir com precisão. Diferentes instrumentos e métodos utilizados ao longo dos anos levaram a dados inconsistentes, complicando a nossa compreensão destas estrelas.

O rastreamento das pulsações das Cefeidas com velocimetria de alta definição nos dá insights sobre a estrutura dessas estrelas e como elas evoluem,- diz Richard I.Anderson, astrofísico da EPFL.

Em particular, as medições da velocidade à qual as estrelas se expandem e contraem ao longo da linha de visão – as chamadas velocidades radiais – fornecem uma contrapartida crucial para medições precisas do brilho a partir do espaço.

No entanto, tem havido uma necessidade urgente de velocidades radiais de alta qualidade porque são caras para coletar e porque poucos instrumentos são capazes de coletá-las.- O Projeto VELOCE Anderson liderou agora uma equipe de cientistas para fazer exatamente isso com as VELOcities de Projeto CEfeidas (VELOCE), uma grande colaboração que, ao longo de 12 anos, coletou mais de 18.000 medições de alta precisão de 258 velocidades radiais de Cefeidas usando espectrógrafos avançados entre 2010 e 2022.

Este conjunto de dados servirá como uma âncora para vincular observações de Cefeidas de diferentes telescópios ao longo do tempo e esperamos inspirar estudos adicionais por parte da comunidade.- VELOCE é fruto de uma colaboração entre a EPFL, a Universidade de Genebra e a KU Leuven.

Baseia-se em observações do telescópio suíço Euler no Chile e do telescópio flamengo Mercator em La Palma.

Anderson iniciou o projeto VELOCE durante seu doutorado na Universidade de Genebra, continuou como pós-doutorado nos EUA e na Alemanha e agora o concluiu na EPFL.

O aluno de doutorado de Anderson, Giordano Viviani, foi fundamental para tornar possível a divulgação dos dados do VELOCE.

Compreender a natureza e a física das Cefeidas é importante porque elas nos contam como as estrelas evoluem em geral e porque confiamos nelas para determinar as distâncias e a taxa de expansão do Universo.- u2014 Richard I. Anderson (EPFL) Desvendando os Mistérios das Cefeidas Com precisão de ponta A maravilhosa precisão e estabilidade a longo prazo das medições permitiram novos insights interessantes sobre como as Cefeidas pulsam,- diz Viviani.

As pulsações levam a mudanças na velocidade da linha de visão de até 70 km/s, ou cerca de 250.000 km/h.

Medimos essas variações com uma precisão típica de 130 km/h (37 m/s) e, em alguns casos, tão boa quanto 7 km/h (2 m/s), que é aproximadamente a velocidade de um humano andando rápido.- Para obter medições tão precisas, os pesquisadores da VELOCE usaram dois espectrógrafos de alta resolução, que separam e medem comprimentos de onda na radiação eletromagnética: HERMES no hemisfério norte e CORALIE no hemisfério sul.

Fora do VELOCE, CORALIE é famosa por encontrar exoplanetas e HERMES é um burro de carga da astrofísica estelar.

Os dois espectrógrafos detectaram pequenas mudanças na luz das Cefeidas, indicando os seus movimentos.

Os pesquisadores usaram técnicas avançadas para garantir que suas medições fossem estáveis e precisas, corrigindo quaisquer desvios instrumentais e mudanças atmosféricas.

Medimos velocidades radiais usando o efeito Doppler,- explica Anderson.

Esse é o mesmo efeito que a polícia usa para medir sua velocidade, e também o efeito que você conhece pela mudança de tom quando uma ambulância se aproxima ou se afasta de você.- As observações do VELOCE traçam a expansão e contração das estrelas Cefeidas com uma precisão sem precedentes.

À esquerda: espectros observados do arquétipo Cefeida Delta Cephei à medida que mudam de comprimento de onda devido às pulsações.

À direita: a curva de velocidade radial medida pelo VELOCE, com o tamanho variável da estrela mostrado (sem escala) usando símbolos em forma de estrela.

Crédito: RI Anderson (EPFL) A Estranha Dança das Cefeidas O projeto VELOCE descobriu vários detalhes fascinantes sobre as estrelas Cefeidas.

Por exemplo, os dados VELOCE fornecem a visão mais detalhada até agora da progressão de Hertzsprung – um padrão nas pulsações das estrelas – mostrando saliências de pico duplo que não eram anteriormente conhecidas e fornecerão pistas para uma melhor compreensão da estrutura das Cefeidas quando comparadas com modelos teóricos de estrelas pulsantes.

As observações do VELOCE traçam a expansão e a contração das estrelas Cefeidas com precisão sem precedentes. À esquerda: espectros observados do arquétipo Cefeida Delta Cephei conforme mudam de comprimento de onda devido às pulsações. À direita: a curva de velocidade radial medida pelo VELOCE, com o tamanho variável da estrela mostrado (não em escala) usando símbolos em forma de estrela. Crédito: RI Anderson (EPFL)

A equipe descobriu que várias Cefeidas exibem variabilidade complexa e modulada em seus movimentos. Isto significa que as velocidades radiais das estrelas mudam de maneiras que não podem ser explicadas por padrões de pulsação simples e regulares.

Por outras palavras, embora esperássemos que as Cefeidas pulsassem com um ritmo previsível, os dados do VELOCE revelam variações adicionais e inesperadas nestes movimentos. Estas variações não são consistentes com os modelos teóricos de pulsação tradicionalmente usados para descrever Cefeidas.

Isto sugere que existem processos mais complexos ocorrendo dentro dessas estrelas, como interações entre diferentes camadas da estrela, ou sinais de pulsação adicionais (não radiais) que podem apresentar uma oportunidade para determinar a estrutura das estrelas Cefeidas por asterossismologia,- diz o pesquisador de Anderson, pós-doutorado Henryka Netzel.

As primeiras detecções de tais sinais baseadas no VELOCE são relatadas em um artigo complementar (Netzel et al.no prelo).

Sistemas Binários O estudo também identificou 77 estrelas Cefeidas que fazem parte de sistemas binários (duas estrelas orbitando uma à outra) e encontrou mais 14 candidatas.

Um artigo complementar liderado pela antiga pós-doutoranda de Anderson, Shreeya Shetye, descreve estes sistemas em detalhe, aumentando a nossa compreensão de como estas estrelas evoluem e interagem umas com as outras.

Vemos que cerca de uma em cada três Cefeidas tem uma companheira invisível cuja presença podemos determinar pelo efeito Doppler”, diz Shetye.

Compreender a natureza e a física das Cefeidas é importante porque elas nos contam como as estrelas evoluem em geral e porque dependemos delas para determinar as distâncias e a taxa de expansão do Universo,- diz Anderson.

Além disso, o VELOCE fornece as melhores verificações cruzadas disponíveis para medições semelhantes, mas menos precisas, da missão Gaia da ESA, que eventualmente conduzirá o maior levantamento de medições de velocidade radial das Cefeidas.-

Fonte: Scitechdaily.com