Telescópio Espacial Roman pode obter novas "ondas" de informação sobre estrelas da Via Láctea

Uma equipe de investigadores confirmou que as estrelas "soam" claramente numa tonalidade que se harmonizará muito bem com os objetivos científicos e com as capacidades do próximo Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA.

Esta figura mostra o Sol e várias estrelas gigantes vermelhas de diferentes raios. O futuro Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA será adequado para estudar estrelas gigantes vermelhas através de um método conhecido como asterossismologia. Esta abordagem implica o estudo das alterações no brilho global das estrelas, que é causado pelos seus interiores turbulentos que criam ondas e oscilações. Com as deteções asterossísmicas, os astrónomos podem aprender mais sobre a idade, massa e tamanho das estrelas. Os cientistas estimam que o Roman será capaz de detetar um total de 300.000 estrelas gigantes vermelhas com este método. Esta seria a maior amostra do género alguma vez recolhida. Crédito: NASA, STScI, Ralf Crawford (STScI)

A natureza turbulenta das estrelas produz ondas que causam flutuações no seu brilho global. Ao estudar estas alterações - um método chamado asterossismologia - os cientistas podem obter informações sobre a idade, massa e tamanho das estrelas. Estas mudanças de brilho eram percetíveis ao telescópio espacial Kepler da NASA, que forneceu dados asterossísmicos de aproximadamente 16.000 estrelas antes da sua reforma em 2018.

Usando os dados do Kepler como ponto de partida e adaptando o conjunto de dados para corresponder à qualidade esperada do Roman, os astrónomos provaram recentemente a viabilidade da asterossismologia com o telescópio que será lançado em breve e forneceram uma estimativa do número de estrelas detetáveis. É um bónus adicional para os principais objetivos científicos do Roman: à medida que o telescópio realiza observações para o seu levantamento GBTDS (Galactic Bulge Time-Domain Survey) - um estudo central da comunidade que reunirá dados sobre centenas de milhões de estrelas no bojo da nossa Galáxia, a Via Láctea - fornecerá também informação suficiente para os astrónomos determinarem medições estelares através da asterossismologia.

"A asterossismologia com o Roman é possível porque não precisamos de pedir ao telescópio para fazer nada que não estivesse já planeado fazer", disse Marc Pinsonneault da Universidade do Estado do Ohio em Columbus, EUA, coautor de um artigo científico que detalha a investigação. "A robustez da missão Roman é notável: foi concebida em parte para fazer avançar a ciência dos exoplanetas, mas também vamos obter dados muito ricos para outras áreas científicas que vão para além do seu foco principal".

Explorar o que é possível

O bojo galáctico está densamente povoado por estrelas do ramo das gigantes vermelhas e do agrupamento vermelho, que são mais evoluídas e mais inchadas do que as estrelas de sequência principal (as estrelas de sequência principal estão num estágio de vida semelhante ao do Sol). A sua elevada luminosidade e a sua frequência de oscilação, que varia entre horas e dias, trabalham a favor do Roman. Como parte do seu levantamento GBTDS, o telescópio vai observar o bojo galáctico da Via Láctea de 12 em 12 minutos ao longo de seis períodos de 70,5 dias, uma cadência que o torna particularmente adequado para a asterossismologia das estrelas gigantes vermelhas. 

Embora investigações anteriores tenham explorado o potencial da asterossismologia com o Roman, a equipa fez uma análise mais detalhada, considerando as capacidades do Roman e o design da missão. A sua investigação consistiu em dois grandes esforços:

Primeiro, os membros da equipa analisaram os dados asterossísmicos do Kepler e aplicaram parâmetros para que o conjunto de dados correspondesse à qualidade esperada dos dados do Roman. Isto incluiu o aumento da frequência de observação e o ajuste da gama de comprimentos de onda da luz. A equipa calculou as probabilidades de deteção, que confirmaram com um sonoro "sim" que o Roman será capaz de detetar as oscilações das gigantes vermelhas.

A equipa aplicou então as suas probabilidades de deteção a um modelo da Via Láctea e considerou os campos de visão sugeridos para o estudo do bojo galáctico, para ter uma ideia do número de gigantes vermelhas e de estrelas do agrupamento vermelho que poderiam ser investigadas com asterossismologia.

"Na altura do nosso estudo, o levantamento central não estava totalmente definido, pelo que explorámos alguns modelos e simulações diferentes. A nossa estimativa do limite inferior era de 290.000 objetos no total, com 185.000 estrelas no bojo", disse Trevor Weiss da Universidade do Estado da Califórnia, em Long Beach, coautor do primeiro artigo científico. "Agora que sabemos que o levantamento terá uma cadência de 12 minutos, verificamos que isso reforça os nossos números para mais de 300.000 deteções asterossísmicas no total. Seria a maior amostra asterossísmica alguma vez recolhida".

Reforçando a ciência para todos

Os benefícios da asterossismologia com o Roman são vários, incluindo a ligação à ciência dos exoplanetas, um dos principais objetivos da missão e do estudo do bojo galáctico. O Roman irá detetar exoplanetas, ou planetas para lá do nosso Sistema Solar, através de um método chamado microlente, em que a gravidade de uma estrela em primeiro plano amplia a luz de uma estrela em segundo plano. A presença de um exoplaneta pode causar um "blip" percetível na mudança de brilho resultante.

"Com os dados asterossísmicos, conseguiremos obter muita informação sobre as estrelas hospedeiras dos exoplanetas, o que nos dará uma grande visão dos próprios exoplanetas", disse Weiss.

"Será difícil inferir diretamente as idades e as abundâncias de elementos pesados, como o ferro, das estrelas hospedeiras dos exoplanetas detetados pelo Roman", disse Pinsonneault. "Saber estas coisas - idade e composição - pode ser importante para compreender os exoplanetas. O nosso trabalho irá estabelecer as propriedades estatísticas de toda a população - quais são as abundâncias e idades típicas - para que os cientistas exoplanetários possam contextualizar as medições do Roman".

Além disso, para os astrónomos que procuram compreender a história da Via Láctea, a asterossismologia pode revelar informações sobre a sua formação. 

"Na verdade, não sabemos muito sobre o bojo da nossa Galáxia, uma vez que só o podemos ver na luz infravermelha devido a toda a poeira que o envolve", disse Pinsonneault. "Poderão existir populações ou padrões químicos surpreendentes. E se houver lá estrelas jovens enterradas? O Roman abrirá uma janela completamente diferente para as populações estelares no centro da Via Láctea. Estou preparado para ser surpreendido".

Uma vez que o Roman vai observar o bojo galáctico logo após o lançamento, a equipa está a trabalhar para construir um catálogo antecipadamente e para fornecer uma lista de estrelas observáveis que possa ajudar nos esforços de validação do desempenho inicial do telescópio.

"Para além de toda a ciência, é importante lembrar a quantidade de pessoas que são necessárias para pôr estas coisas a funcionar e a quantidade de pessoas diferentes que trabalham no Roman", disse o coautor Noah Downing da Universidade do Estado do Ohio. "É realmente emocionante ver todas as oportunidades que o Roman está a abrir para as pessoas antes mesmo do seu lançamento e depois pensar em quantas mais oportunidades existirão quando estiver no espaço e a recolher dados, o que não está muito longe". O lançamento do Roman está previsto para maio de 2027, o mais tardar, estando a equipa a trabalhar no sentido de um potencial lançamento antecipado, já no outono de 2026.

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