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    Novas descobertas detalham um método para investigar o funcionamento interno de estrelas em uma fase rara

    Crédito:Jørgen Christensen-Dalsgaard

    Em 5 bilhões de anos ou mais, quando o sol esgotou o hidrogênio em seu núcleo, ele vai inflar e se transformar em uma estrela gigante vermelha. Essa fase de sua vida - e a de outras estrelas com até duas vezes sua massa - é relativamente curta em comparação com a vida de mais de 10 bilhões de anos do sol. A gigante vermelha brilhará 1000 vezes mais forte que o sol, e de repente o hélio profundo em seu núcleo começará a se fundir em carbono em um processo chamado "flash do núcleo de hélio". Depois disto, a estrela se estabelece em 100 milhões de anos de fusão silenciosa de hélio.

    Os astrofísicos previram esses flashes em teoria e em modelos por 50 anos, mas nenhum jamais foi observado. Contudo, um novo estudo em Astronomia da Natureza sugere que isso pode mudar em breve.

    "Os efeitos do flash do núcleo de hélio são claramente previstos pelos modelos, mas não encontramos observações que os reflitam diretamente, "disse o co-autor Jørgen Christensen-Dalsgaard, um Distinguished Visiting Scholar do Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) da UC Santa Bárbara e professor da Aarhus University na Dinamarca.

    Uma estrela como o Sol é alimentada pela fusão de hidrogênio em hélio em temperaturas em torno de 15 milhões de K. Hélio, Contudo, requer uma temperatura muito mais alta do que o hidrogênio, cerca de 100 milhões K, para começar a se fundir em carbono, portanto, ele simplesmente se acumula no núcleo enquanto uma camada de hidrogênio continua a queimar ao seu redor. O tempo todo, a estrela se expande para um tamanho comparável à órbita da Terra. Eventualmente, o núcleo da estrela atinge as condições perfeitas, desencadeando uma ignição violenta do hélio:o flash do núcleo de hélio. O núcleo passa por vários flashes nos próximos 2 milhões de anos, e então se estabelece em um estado mais estático, onde passa a queimar todo o hélio do núcleo em carbono e oxigênio ao longo de cerca de 100 milhões de anos.

    O flash do núcleo de hélio desempenha um papel fundamental em nossa compreensão dos ciclos de vida de estrelas de baixa massa. Infelizmente, coletar dados de núcleos de estrelas distantes é incrivelmente difícil, portanto, os cientistas não foram capazes de observar esse fenômeno.

    O poder dos modernos observatórios baseados no espaço, como o Kepler, O CoRoT e agora o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA prometem mudar isso. "A disponibilidade de medições muito sensíveis do espaço tornou possível observar oscilações sutis no brilho de um grande número de estrelas, "Christensen-Dalsgaard explicou.

    O flash do núcleo de hélio produz uma série de ondas diferentes que se propagam pela estrela. Isso faz com que a estrela vibre como um sino, que se manifesta como uma variação fraca em seu brilho geral. As observações das pulsações estelares já ensinaram aos astrônomos sobre os processos dentro das estrelas da mesma forma que os geólogos aprendem sobre o interior da Terra estudando terremotos. Esta técnica, conhecido como asteroseismologia, cresceu e se tornou um campo próspero na astrofísica.

    O flash do núcleo acontece de repente, e como um terremoto, começa com um evento muito energético seguido por uma série de eventos sucessivamente mais fracos ao longo dos próximos 2 milhões de anos - um período relativamente curto na vida da maioria das estrelas. Conforme mostrado em um artigo anterior em 2012, liderado pelo Diretor do KITP, Lars Bildsten, e pelo companheiro sênior do KITP, Bill Paxton, as frequências de pulsação dessas estrelas são muito sensíveis às condições do núcleo. Como resultado, a asteroseismologia pode fornecer aos cientistas informações que testam nossa compreensão desses processos.

    "Na época, ficamos entusiasmados com o fato de que essas novas capacidades espaciais podem nos permitir confirmar essa parte longamente estudada da evolução estelar. No entanto, não consideramos a possibilidade ainda mais empolgante que esses autores exploraram de usar a estrela com convecção vigorosa para realmente fazer a estrela ressoar, "disse Bildsten.

    O objetivo principal do novo estudo era determinar se essas regiões piscantes poderiam excitar pulsações grandes o suficiente para que pudéssemos ver. E depois de meses de análises e simulações, os pesquisadores descobriram que muitos deveriam ser relativamente fáceis de observar.

    "Fiquei certamente surpreso que o mecanismo realmente funcionou tão bem, "disse Christensen-Dalsgaard.

    O novo e promissor ângulo detalhado no artigo é que os astrônomos têm estudado os processos em um tipo de estrela muito especial - e até agora não muito bem compreendido - designada estrela B subanã. Estes são ex-gigantes vermelhos que, por razões desconhecidas, perderam a maior parte de sua camada externa de hidrogênio. Estrelas subanãs B fornecem aos cientistas uma oportunidade única de sondar mais diretamente o núcleo quente de uma estrela. O que mais, a camada fina restante de hidrogênio não é espessa o suficiente para amortecer as oscilações dos flashes repetidos do núcleo de hélio, dando aos pesquisadores a chance de potencialmente observá-los diretamente.

    Este estudo fornece as primeiras informações observacionais sobre os processos complexos previstos por modelos estelares na ignição da fusão do hélio. "Este trabalho tirou grande vantagem de uma série de cálculos dinâmicos de fluidos liderados pelo ex-bolsista de graduação do KITP Daniel Lecoanet, "Observou Bildsten." Se tudo der certo, essas estrelas podem fornecer um novo campo de testes para este quebra-cabeça fundamental na astrofísica. "

    Christensen-Dalsgaard disse que está ansioso para aplicar essas descobertas a dados reais. E de fato, flashes do núcleo de hélio podem já ter sido observados. Várias das estrelas observadas por CoRoT e Kepler mostram oscilações inexplicáveis ​​que parecem semelhantes às previsões de flashes do núcleo de hélio. O TESS será crucial nesta pesquisa futura, ele explicou, uma vez que observará uma faixa inteira de estrelas, incluindo vários onde essas pulsações podem ser detectáveis. Isso fornecerá mais testes fortes dos modelos e uma visão do que o futuro reserva para o nosso próprio sol.


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