Além de estrelas solitárias como o sol, o universo contém sistemas binários compostos por duas estrelas massivas que interagem entre si. Em muitos binários, as duas estrelas estão próximas o suficiente para trocar matéria e podem até mesmo se fundir, produzindo uma única estrela de grande massa que gira em grande velocidade.

Até agora, o número de binários de alta massa conhecidos tem sido muito pequeno, basicamente confinado àqueles identificados em nossa galáxia, a via Láctea.

Um grupo internacional de astrônomos liderado por pesquisadores do Instituto de Astronomia da Universidade de São Paulo, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG-USP) no Brasil, acaba de estender a lista de identificando e caracterizando 82 novos binários de alta massa localizados na Nebulosa da Tarântula, também conhecido como 30 Doradus, na Grande Nuvem de Magalhães. O LMC é uma galáxia satélite da Via Láctea e tem cerca de 160, 000 anos-luz da Terra.

Os resultados do estudo estão descritos em artigo publicado na revista. Astronomia e Astrofísica .

"Ao identificar e caracterizar esses 82 binários de alta massa, mais do que dobramos o número desses objetos, e em uma região completamente nova com condições muito diferentes das encontradas na Via Láctea, disse Leonardo Andrade de Almeida, Pós-doutorado no IAG-USP e primeiro autor do estudo.

Em pesquisa orientada por Augusto Damineli Neto, professor titular do IAG e co-autor do artigo, Almeida analisou os dados obtidos durante as campanhas de observação do VLT-FLAMES Tarantula Survey e Tarantula Massive Binary Monitoring realizadas pelo European Southern Observatory (ESO) em 2011.

Usando FLAMES / GIRAFFE, um espectrógrafo acoplado ao Very Large Telescope (VLT) do ESO, que tem quatro espelhos primários de 8m e opera no deserto do Atacama, no Chile, as campanhas de observação coletaram dados espectrais para mais de 800 objetos de alta massa na região da Nebulosa da Tarântula, assim chamado porque seus filamentos brilhantes se assemelham a pernas de aranha.

Desse total de 800 objetos observados, os astrônomos que trabalharam nas duas pesquisas identificaram 100 candidatos binários do tipo espectral O (muito quente e massivo) em uma amostra de 360 ​​estrelas com base em parâmetros como a amplitude das variações em sua velocidade radial (a velocidade do movimento de ou para um observador).

Nos últimos dois anos, Almeida colaborou com colegas de outros países na análise desses 100 candidatos a binários de alta massa usando o espectrógrafo FLAMES / GIRAFFE e conseguiu caracterizar 82 deles completamente.

"Isso representa a maior pesquisa e caracterização espectroscópica de sistemas binários massivos já realizados, "disse ele." Isso só foi possível graças às capacidades tecnológicas do espectrógrafo FLAMES / GIRAFFE. "

O instrumento científico desenvolvido pelo ESO pode obter espectros para uma série de objetos simultaneamente, e objetos mais fracos podem ser observados porque o espectrógrafo está acoplado ao VLT, que tem grandes espelhos e captura mais luz, Almeida explicou.

"Podemos coletar 136 espectros em uma única observação usando FLAMES / GIRAFFE, "disse ele." Nada semelhante poderia ser feito antes. Nossos instrumentos só podiam observar objetos individuais e demorou muito mais para caracterizá-los. "

A análise espectroscópica dos 82 binários mostrou que propriedades como a razão de massa, o período orbital (o tempo necessário para completar uma órbita) e a excentricidade orbital (o valor pelo qual a órbita se desvia de um círculo perfeito) eram muito semelhantes aos observados na Via Láctea.

Isso foi inesperado, pois o LMC incorpora uma fase do universo anterior à Via Láctea, quando o maior número de estrelas de grande massa foi formado. Por esta razão, sua metalicidade - a proporção de sua matéria composta de elementos químicos diferentes do hidrogênio e hélio primordial - é apenas metade da dos binários encontrados na Via Láctea, cuja metalicidade é muito próxima à do sol.

"No início do universo, estrelas eram pobres em metais, mas a evolução química aumentou sua metalicidade, "Disse Almeida.

Esta análise de binários no LMC, ele adicionou, fornece as primeiras restrições diretas sobre as propriedades de binários massivos em galáxias cujas estrelas foram formadas no início do universo e têm a metalicidade do LMC.

"As descobertas feitas durante o estudo podem fornecer melhores medidas para uso em simulações mais realistas de como estrelas de grande massa evoluíram nas diferentes fases do universo. seremos capazes de obter estimativas mais precisas da taxa em que os buracos negros, estrelas de nêutrons e supernovas foram formadas em cada fase, por exemplo, " ele disse.

Estrelas de grande massa são os motores mais importantes da evolução química do universo. Por serem mais massivos, eles produzem mais metais pesados, evoluem mais rapidamente, e acabam com suas vidas como supernovas, ejetando toda a sua matéria no meio interestelar. Esta matéria é reciclada para formar uma nova população de estrelas.

Contudo, Almeida continuou, estimativas da evolução química do universo e previsões astrofísicas do número de buracos negros geralmente levam em consideração estrelas únicas como o nosso sol, que evoluem de forma mais simples.

Segundo ele, quando você inclui binários na computação dessas projeções, o resultado muda dramaticamente. Então, ao fazer previsões astrofísicas, é importante considerar esses objetos massivos.