Cientistas do STScI se surpreendem ao encontrar uma "lacuna" de brilho em um antigo aglomerado estelar.

Cientistas do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial (STScI) em Baltimore, Maryland, buscavam estudar um objeto estelar e acabaram encontrando algo ainda mais empolgante. 

Esta imagem obtida pelo Euclid do enxame globular NGC 6397 está salpicada por centenas de milhares de estrelas, que variam em tamanho e cor. A maioria das estrelas está localizada no centro do enxame, onde se mantêm unidas pela gravidade. Os cientistas que estudam NGC 6397 descobriram que, ao agruparem as estrelas do enxame por brilho e cor, observaram uma fina "lacuna" de brilho onde esperavam, mas não encontraram, estrelas de baixa massa chamadas anãs vermelhas. Pensa-se que esta lacuna esteja ligada a alterações que ocorrem no interior de algumas estrelas. Esta é a primeira vez que esta característica de lacuna foi descoberta num enxame globular. Crédito: imagem - ESA, NASA, Consórcio Euclid; processamento de imagem - Jean-Charles Cuillandre (CEA-Saclay), Giovanni Anselmi (ESA)

Usando dados do telescópio espacial Euclid da Agência Espacial Europeia (ESA) e do Telescópio Espacial Hubble da NASA , a equipe planejou analisar os movimentos das estrelas dentro de uma antiga coleção de estrelas chamada aglomerado globular . Mas o que eles descobriram ao agrupar as estrelas do aglomerado por brilho e cor, conforme observado pelo Euclid, foi uma fina "lacuna" de estrelas de baixa massa, chamadas  anãs vermelhas , que eram esperadas, mas não foram detectadas . Acredita-se que essa lacuna esteja ligada a mudanças que ocorrem no interior de algumas estrelas, permitindo aos astrônomos vislumbrar processos que acontecem dentro das estrelas mesmo a milhares de anos-luz de distância.

Esta é a primeira vez que a característica de lacuna foi descoberta em um aglomerado globular. "A descoberta foi fortuita", disse Andrea Bellini, do STScI, uma das principais autoras do artigo científico. "Não estávamos procurando pela lacuna, mas a encontramos."

Entendendo a lacuna

A presença dessa lacuna em estrelas relativamente próximas foi descoberta em 2018 por cientistas que analisaram dados do observatório Gaia da ESA . Essa equipe plotou quase 250.000 estrelas do arquivo Gaia em um diagrama de Hertzsprung-Russell (HR) , uma das ferramentas mais importantes nos estudos estelares. Este é o gráfico que os astrônomos usam para classificar estrelas e rastrear seus ciclos de vida.

No diagrama HR, as luminosidades estelares são plotadas em função de suas cores, que servem como um indicador de suas temperaturas. As posições das estrelas no diagrama revelam estágios específicos da evolução estelar. Talvez a característica mais distintiva seja a faixa de estrelas da sequência principal que corta o diagrama diagonalmente.

Com o aprimoramento da precisão e da sensibilidade da astronomia moderna, os astrônomos conseguem posicionar as estrelas com maior exatidão no mapa astronômico. Os dados da Gaia revelaram uma característica até então desconhecida: uma estreita faixa diagonal de estrelas, em sua maioria ausentes, que atravessa a sequência principal no centro da região das anãs vermelhas. 

Então, o que causa essa lacuna? Parece que, em algumas estrelas anãs vermelhas, o combustível acumulado em seus núcleos pode desencadear uma explosão de energia que resulta em instabilidade estrutural no interior da estrela. Entre 0,34 e 0,36 vezes a massa do Sol, as anãs vermelhas sofrem pequenas variações que alteram seu tamanho, brilho e temperatura. Como apenas um pequeno número de estrelas passa por essas mudanças, há uma escassez de anãs vermelhas com esses brilhos específicos. Isso se reflete no diagrama HR como uma lacuna.

Permitindo estimativas de distância mais precisas

No caso da Gaia, as estrelas estavam a uma infinidade de distâncias diferentes e tinham idades, histórias e composições químicas variadas. Em contraste, as estrelas dentro de um aglomerado globular compartilham uma história comum, tendo se formado no mesmo ambiente, aproximadamente no mesmo ponto do tempo cósmico.

“Os aglomerados globulares são os laboratórios ideais para estudar a evolução estelar e as populações estelares”, disse Massimo Griggio, do STScI, principal autor do artigo científico. “Neste aglomerado globular, as estrelas estão basicamente à mesma distância e têm aproximadamente a mesma idade.”

A equipe do STScI usou o Euclid para estudar o NGC 6397, um dos aglomerados globulares mais próximos da Terra. Localizado a aproximadamente 8.000 anos-luz de distância, na constelação austral de Ara, ele contém centenas de milhares de estrelas e estima-se que tenha 13,4 bilhões de anos.

“Como podemos determinar o brilho onde a lacuna está localizada com altíssima precisão e sabemos para quais massas estelares ela ocorre, podemos usar essa informação para estimar a distância do aglomerado”, disse Russell Ryan, do STScI, outro dos principais pesquisadores.

Gaia descobriu a lacuna ao observar estrelas na vizinhança local, que são tipicamente mais jovens do que as estrelas em aglomerados globulares. Agora, a equipe do Euclid descobriu que o mesmo processo ocorre em interiores estelares mais distantes.

As ferramentas do Hubble abrem caminho para novas descobertas.

Essa descoberta não teria sido possível sem o software e as técnicas originalmente desenvolvidas no STScI para o Telescópio Espacial Hubble da NASA ao longo de mais de duas décadas. A equipe utilizou essas ferramentas, pioneiras principalmente de Jay Anderson, do STScI, para realizar as medições de alta precisão necessárias para detectar essa característica no ambiente extremamente denso de um aglomerado globular. Embora o campo de visão do Hubble seja muito, muito menor, quando essas ferramentas foram combinadas com a visão panorâmica do Euclid, a lacuna tornou-se claramente visível.

“Com essas ferramentas, mostramos que podemos ampliar os limites do Euclid e, futuramente, do Telescópio Espacial Roman, em um amplo campo de visão”, disse Mattia Libralato, membro da equipe e ex-funcionário do STScI, atualmente no Instituto Nacional de Astrofísica da Itália (INAF), em Pádua. “Novas investigações com o Euclid e, futuramente, com o Roman, nos permitirão caracterizar melhor essa característica também em outros aglomerados globulares.”

Os resultados da equipe foram publicados hoje na revista Astronomy & Astrophysics. 

Stsci.edu