Determinando a idade de uma anã castanha através de minúsculas pulsações estelares

Os astrónomos recorreram ao Observatório W. M. Keck, em Maunakea, no Hawaii, para determinar uma das idades mais precisas até à data para uma estrela semelhante ao Sol que possui uma anã castanha como companheira. O resultado constitui um novo e importante teste sobre a forma como as anãs castanhas arrefecem e evoluem ao longo do tempo, ajudando a resolver um desafio de longa data na astrofísica.

Ilustração, gerada por IA, de uma estrela e de uma anã castanha num sistema binário. Crédito: ChatGPT/Universidade do Hawaii

O estudo centrou-se no sistema próximo HR 7672, que inclui uma estrela semelhante ao Sol e uma companheira anã castanha pouco brilhante. Utilizando o KPF (Keck Planet Finder) do Observatório Keck, a equipa detetou oscilações subtis na superfície da estrela, ondulações que revelaram que a sua idade é de 2,3 mil milhões de anos.

Como a anã castanha se formou juntamente com a estrela, esta idade estelar precisa serve de referência para a evolução da companheira, oferecendo uma oportunidade rara de testar diretamente modelos teóricos do arrefecimento das anãs castanhas.

"A incerteza de 18% quanto à idade estabelece o sistema HR7672 como uma referência valiosa para os próximos anos", afirmou Yaguang Li, autor principal e investigador da Universidade do Hawaii em Mānoa.

O estudo, liderado pelo Instituto de Astronomia da Universidade do Hawaii, foi publicado na revista The Astrophysical Journal.

Uma trajetória científica de duas décadas

O sistema HR 7672 tem desempenhado um papel histórico no estudo de objetos subestelares. A companheira, conhecida como HR 7672B, foi descoberta pela primeira vez pelo investigador Michael Liu, coautor e professor do Instituto de Astronomia da Universidade do Hawaii. HR 7672B foi a primeira anã castanha a ser diretamente fotografada em órbita de uma estrela semelhante ao Sol.

Utilizando o instrumento NIRC2 (Near-Infrared Camera) do Observatório Keck e o sistema de Ótica Adaptativa do telescópio para corrigir a distorção atmosférica, Liu obteve uma imagem mais nítida da anã castanha, que é 2000 vezes mais fraca do que a sua brilhante estrela hospedeira.

"As observações pioneiras com o Observatório Keck ajudaram a esclarecer o chamado 'deserto das anãs castanhas', a escassez de tais companheiras em torno de estrelas semelhantes ao Sol a distâncias pequenas", afirmou Liu.

Agora, mais de duas décadas depois, uma nova geração de instrumentos do Observatório Keck continua a avançar esse legado. Utilizando medições ultraprecisas da estrela hospedeira com o instrumento KPF (Keck Planet Finder), os astrónomos detetaram minúsculas pulsações estelares que revelam a estrutura interna e a idade da estrela com uma precisão sem precedentes.

"O modo especial de leitura rápida do Keck Planet Finder torna-o o único instrumento no hemisfério norte capaz de registar oscilações em escalas de tempo tão curtas", acrescentou Li.

Testando como as anãs castanhas arrefecem ao longo do tempo

As anãs castanhas são estrelas falhadas, demasiado pequenas para sustentar uma fusão de hidrogénio estável, pelo que arrefecem gradualmente e desvanecem-se à medida que envelhecem. O seu brilho, portanto, depende significativamente tanto da sua massa como da sua idade. No entanto, os astrónomos têm tido dificuldade em testar modelos teóricos deste arrefecimento, em parte porque raramente se dispõe de idades fiáveis.

Agora, com esta nova e precisa medição da idade, combinada com a luminosidade e massa bem conhecidas de HR 7672B, o sistema torna-se uma "referência" excecional para testar modelos evolutivos das anãs castanhas.

Comparando as observações com seis modelos teóricos de arrefecimento diferentes, a equipa encontrou a melhor concordância com os modelos mais recentes que incorporam física interior atualizada. Sem os novos dados, a equipa não teria sido capaz de distinguir este modelo das outras cinco possibilidades.

Estes resultados demonstram que idades estelares de alta precisão são essenciais para compreender a evolução subestelar - e mostram que a espetroscopia de precisão, com a próxima geração de observações, irá finalmente fornecer esta informação.

"A investigação de Yaguang tornou este objeto ainda mais valioso para a nossa compreensão teórica das anãs castanhas", afirmou Liu.

Como próximo passo, os investigadores planeiam generalizar este método a um conjunto mais vasto de sistemas de referência e testar modelos evolutivos de anãs castanhas em diferentes regimes.

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