Uma equipe internacional de astrônomos conseguiu detectar sinais de envelhecimento na estrela supergigante vermelha T UMi. A estrela na constelação de Little Bear está atualmente passando por seus últimos "soluços nucleares, "e em breve encerrará sua vida de 1,2 bilhão de anos.

Imagine que você é uma mosca e deseja descobrir como os humanos envelhecem. Você não tem tempo para apenas escolher um espécime e esperar:você precisa trabalhar com o que está vendo agora, e tente entender isso de alguma forma. Este é o problema central de descobrir a evolução estelar durante a vida humana.

A vida das estrelas progride muito gradualmente, e na maioria das vezes não podemos detectar a passagem do tempo nesses objetos. Uma exceção bem conhecida a esta regra é uma explosão de supernova, mas a grande maioria das estrelas não experimenta essa fase. Estrelas semelhantes ao Sol terminam suas vidas muito mais silenciosamente:elas se transformam em supergigantes vermelhas e, em seguida, em nebulosas planetárias após alguns bilhões de anos, e deixar para trás apenas uma pequena anã branca como remanescente.

Os astrônomos reuniram evidências dessa sequência observando milhões de estrelas, cada um com idade e massa diferentes, e calculando "típico, "ou média, comportamento usando modelos estelares. Contudo, é difícil encontrar evidências diretas de que qualquer estrela em particular segue esse caminho.

Pesquisadores do Observatório Konkoly da Academia Húngara de Ciências, Dr. László Molnár e Dr. László Kiss, e seu colaborador internacional, Dra. Meridith Joyce, na Australian National University, agora conseguiram descobrir evidências diretas dessa evolução graças a uma breve janela de oportunidade no final da vida de estrelas menores.

Durante os últimos milhões de anos, durante a transição da estrela de uma gigante vermelha para uma anã branca, a produção de energia na estrela torna-se instável. Durante esta fase, fusão nuclear explode bem no fundo, causando "soluços, "ou pulsos térmicos. Esses pulsos causam drásticas, mudanças rápidas no tamanho e brilho da estrela - visíveis ao longo dos séculos. Portanto, é possível que um pulso térmico seja notado ao longo da vida humana - se o momento for certo e soubermos onde procurar seus sinais.

A identificação é auxiliada pelo fato de que essas estrelas antigas também são estrelas variáveis. As ondas sonoras fazem com que se expandam e contraiam periodicamente, criando pulsações ao longo de ciclos anuais. Essas variações de luz lentas, mas muito conspícuas, em muitas estrelas, incluindo T UMi, foram seguidos por gerações de astrônomos profissionais e amadores por mais de um século. Apesar dos termos semelhantes, pulsação e pulsos térmicos são dois fenômenos distintos, e podemos utilizar o primeiro para procurar os sinais reveladores do último:à medida que a estrela encolhe durante um pulso, as ondas sonoras alcançam os limites mais rápido, encurtando os períodos de pulsação de um ano.

T UMi não era uma estrela variável especialmente notável até a década de 1980, quando seu período de pulsação começou a diminuir drasticamente. Foi teorizado que um pulso térmico foi a causa dessa mudança rápida sem precedentes pelos astrônomos húngaros no início dos anos 2000, mas os modelos evolutivos estelares não eram precisos o suficiente para combinar as observações com a teoria até recentemente.

Os pesquisadores húngaros há muito pretendiam dar uma outra olhada no T UMi quando ferramentas melhores e mais dados estivessem disponíveis. Como o Dr. Kiss explicou, "Hoje, na segunda década dos anos 2000, podemos modelar as estruturas internas, evolução, e oscilações de estrelas em detalhes e precisão incomparáveis, graças a imensos desenvolvimentos no campo da astrofísica numérica. A compreensão teórica da T Ursae Minoris só se tornou uma possibilidade real nos últimos 4-5 anos, mas as investigações nunca estiveram completamente fora de questão. "

E a paciência deles valeu a pena, já que os dados coletados pela rede mundial de observadores da Associação Americana de Observadores de Estrelas Variáveis ​​(AAVSO) durante a última década se revelaram cruciais:eles revelaram que um segundo modo de pulsação apareceu na estrela. Essas duas ondas sonoras distintas "desafinam" à medida que a estrela encolhe, tornando possível determinar as propriedades da estrela com uma precisão muito maior do que antes.

A modelagem física detalhada da estrela foi realizada pelo co-pesquisador Dr. Meridith Joyce da Australian National University em Canberra, Austrália. Por meio de sua colaboração, os astrônomos reproduziram o comportamento do T UMi com códigos de pulsação e evolução estelar de última geração.

"Embora nossas técnicas de modelagem de estrelas tenham melhorado significativamente nas últimas décadas, está bem na vanguarda de nossas capacidades para modelar um evento evolutivo tão breve com esse tipo de precisão. O projeto exigia o desenvolvimento de software e ferramentas de extração de dados totalmente novos, "disse o Dr. Joyce. Para colocar a dificuldade da tarefa em contexto:os modelos são projetados para mapear bilhões de anos de vida estelar, mas é necessária uma precisão da ordem de 5 a 10 anos para calcular os períodos de pulsação.

Mas os modelos tiveram sucesso. No fim, os cálculos revelaram evidências muito fortes de que T UMi está entrando em um pulso térmico, e adicionalmente mostrou que a estrela nasceu há 1,2 bilhão de anos com aproximadamente o dobro da massa do Sol. Esta é a estimativa de massa e idade mais precisa para este tipo de idade, estrela única já alcançada.

E os modelos revelaram insights não apenas sobre o passado da estrela, mas seu futuro também:os astrônomos concluíram que esta fase de contração durará 80-100 anos no total, o que significa que seremos capazes de ver a estrela expandir-se novamente em outros 40-60 anos. Testar essa previsão será muito simples:precisamos apenas das gerações futuras de astrônomos amadores para continuar observando as variações de luz no T UMi.

Olhando mais longe no tempo, os modelos também sugerem que a estrela está experimentando um de seus últimos pulsos térmicos, e poderia, assim, entrar em sua fase de anã branca em dezenas a centenas de milhares de anos. "É um pensamento preocupante que mesmo eventos 'rápidos', como o início do pulso térmico em uma estrela, ainda são medidos em décadas. Pode levar toda a carreira científica de uma pessoa para finalmente provar, ou refutar, este tipo de previsão. No entanto, planejamos ficar de olho no T UMi no futuro próximo, "Dr. Molnár, co-investigador principal do estudo, concluído.

Isso fornecerá um dos testes mais críticos e diretos de nossos modelos de evolução estelar até o momento, mas, a observação direta de um pulso térmico também traz implicações mais amplas. Os pulsos térmicos enriquecem todo o Universo. Vários elementos, incluindo carbono, azoto, lata, e liderar, não são produzidos por supernovas, mas sim nas profundezas de velhas estrelas como T UMi.

Esses elementos são capazes de atingir a superfície da estrela e entrar no meio interestelar circundante pela mistura induzida durante um pulso. De lá, os ventos estelares os empurram para a galáxia na forma de minúsculas partículas de poeira. Esses grãos de poeira são os blocos de construção das próximas gerações de estrelas, fazendo a formação de planetas em torno de estrelas, e talvez até vida baseada em carbono nesses planetas, possível.

“Estamos entusiasmados por ter participado deste trabalho, "disse a Dra. Stella Kafka, Diretor Executivo da AAVSO. "Este é um excelente exemplo de colaboração entre astrônomos profissionais e nossos observadores que forneceram dados meticulosamente por décadas. É ótimo ver novos resultados em um antigo favorito."

Os resultados deste estudo foram publicados em The Astrophysical Journal . Uma versão pré-impressa está disponível gratuitamente em arXiv.