Estrela supergigante vermelha expele nuvem de gás misteriosamente grande

A estrela, chamada DFK 52, é membro de um aglomerado de supergigantes vermelhas semelhantes, mas está perdendo massa a uma taxa extrema nunca vista antes.

Imagem do ALMA do material ejetado ao redor da estrela supergigante vermelha DFK 52. (Crédito da imagem: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/M. Siebert et al.) 

Uma estrela supergigante vermelha expeliu a maior nuvem de gás e poeira já vista ao ser expelida por uma dessas estrelas gigantes. O tamanho e a complexidade da nuvem sugerem que pode haver um grupo oculto de estrelas contribuindo para o crescimento da nuvem.

Em uma imagem em cores falsas obtida pelo Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ( ALMA ), no Chile, as partes em azul estão se expandindo em nossa direção, e as partes em vermelho estão viajando na direção oposta. A nuvem se estende por até 1,4 anos-luz de diâmetro, centrada na estrela, conhecida como DFK 52. Para se ter uma ideia de seu tamanho, se DFK 52 estivesse tão distante de nós quanto outra supergigante bem conhecida, a estrela Betelgeuse , na constelação de Órion, o Caçador , a uma distância entre 550 e 700 anos-luz, a nuvem ao seu redor pareceria tão grande no céu noturno quanto aproximadamente um terço da lua cheia.

A estrela em questão, DFK 52, é bastante semelhante a outra supergigante vermelha bem conhecida, Betelgeuse. Ela está localizada em um aglomerado extremo de estrelas chamado Stephenson 2, que abriga pelo menos 25 outras supergigantes vermelhas e está localizado a 18.900 anos-luz de distância, na nossa galáxia, a Via Láctea .

Quando essas estrelas ficaram sem hidrogênio em seus núcleos para as reações de fusão nuclear , a perda de energia fez com que seus núcleos começassem a se contrair sob a gravidade, elevando as temperaturas a tal ponto que as estrelas puderam recorrer à fusão de hélio para produzir energia. Isso também faz com que as camadas externas da estrela se aqueçam, o suficiente para começar a fundir hidrogênio nelas, produzindo energia extra que faz com que as camadas externas da estrela se expandam.

À medida que essas estrelas se expandiram e se tornaram difusas em suas bordas, suas temperaturas superficiais esfriam e elas brilham em vermelho. De muitas maneiras, isso é semelhante a como nosso Sol se expandirá para uma gigante vermelha perto do fim de sua vida em cinco bilhões de anos.

A diferença é que essas estrelas têm massas entre 10 e 40 vezes a massa do nosso Sol , então sua expansão é mais extrema. Elas se tornaram supergigantes vermelhas, as estrelas mais enormes que existem. Betelgeuse , por exemplo, é uma supergigante vermelha que tem algo entre 640 e 764 vezes o raio do nosso Sol! (Seu tamanho exato é difícil de determinar, em parte porque seus limites externos são muito difusos e em parte porque a distância até Betelgeuse não é precisamente conhecida.) 

Por fim, todas as supergigantes vermelhas de Stephenson 2 explodirão em uma supernova , mas antes disso elas passarão por períodos de perda de massa, expelindo nuvens de gás que esfriam e condensam em poeira que fica pairando na borda do sistema de uma supergigante vermelha.

À primeira vista, DFK 2 parece comum entre supergigantes vermelhas. Sua luminosidade é cerca de 20.000 vezes mais brilhante que a do nosso Sol, mas isso é típico, embora um pouco abaixo do normal, para supergigantes vermelhas. Sua massa é entre 10 e 15 vezes a massa do nosso Sol; novamente, típico de uma supergigante vermelha.

Mas onde DFK 2 é extraordinário é como está perdendo massa. Quando astrônomos liderados por Mark Siebert, da Universidade de Tecnologia Chalmers, em Gotemburgo, Suécia, observaram Stephenson 2 com o ALMA , descobriram que DFK 52 estava cercado por uma nuvem de material três a quatro vezes maior do que qualquer outra já vista ejetada por uma supergigante vermelha.

Betelgeuse vista pelo Atacama Large Millimeter/submillimeter Array no Chile.(Crédito da imagem: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/E. O'Gorman/P. Kervella)

A velocidade com que o material se afasta da estrela também é interessante, pois parece ter mudado. A equipe de Siebert estima que, há cerca de 4.000 anos, a DFK 52 sofreu uma explosão titânica na qual liberou a maior parte dessa massa, soprando-a para longe a uma velocidade de 27 quilômetros por segundo (60.370 milhas por hora). Os astrônomos chamam isso de "supervento", que não é um vento de tamanho convencional como na Terra, mas uma chuva de radiação e partículas carregadas.

Há evidências de que outras supergigantes vermelhas ligam seu supervento antes de se tornarem supernovas. No entanto, a DFK 52 parece ter tomado uma opção diferente, desligando seu supervento por uma brisa lenta de 10 quilômetros por segundo (22.300 milhas por hora), que é mais lenta do que os ventos que emanam de outras supergigantes vermelhas bem conhecidas, como Betelgeuse e Antares na constelação de Escorpião .

Mesmo assim, a equipe de Siebert estima, de forma conservadora, que, nos últimos 4.000 anos, DFK 52 perdeu tanto material quanto compõe o nosso Sol. A perda de massa causada por supergigantes vermelhas não é bem compreendida, mas DFK 52 parece ser uma anomalia, mesmo entre o que se sabe atualmente. Por que sua perda de massa é tão extrema e a estrutura de sua nuvem circunstelar tão complexa?

Em geral, existe uma dicotomia entre as supergigantes vermelhas. As mais luminosas apresentam perda de massa mais extrema e assimétrica, enquanto as menos luminosas apresentam perda de massa mais lenta e esférica. A DKF 52 é menos luminosa do que as supergigantes vermelhas mais energéticas por um fator de 10, mas sofreu perda de massa superior à das supergigantes vermelhas mais luminosas. O que está acontecendo?

O melhor palpite de Siebert e seus colegas é que haja mais de uma estrela no coração de DFK 52, tão fortemente ligadas que não podemos vê-las da nossa perspectiva na Terra. Outras supergigantes vermelhas em sistemas estelares binários ou múltiplos exibem anéis equatoriais em seu material circunstelar, impulsionados pelas interações orbitais de uma estrela companheira.

Anéis equatoriais parciais são visíveis no material circunstelar de DFK 52, mas faltam outras evidências de um binário, como simetria bipolar no material ejetado. Além disso, a complexidade da estrutura do material circunstelar também exigirá algum esclarecimento. No entanto, uma segunda ou mesmo uma terceira estrela forneceria a energia gravitacional extra necessária para, primeiro, causar tal perda de massa e, em seguida, contribuir para um supervento que sopra o material ejetado a um tamanho tão grande.

Dito isto, uma estrela companheira foi descoberta recentemente ao redor de Betelgeuse, mas não está claro por que essa estrela recém-descoberta não tem o mesmo efeito em Betelgeuse que em DFK 52.

DFK 52 é mais do que uma mera curiosidade astronômica. Um dia, ela explodirá como uma supernova, e compreender o comportamento de "sua dramática perda de massa justifica um acompanhamento extensivo" para entender melhor como e por que as supergigantes vermelhas perdem massa e depois explodem.

A equipe de Siebert publicou um estudo de DFK 52 em Astronomy & Astrophysics .

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