Esta impressão artística ilustra um par binário de estrelas gigantes. Apesar de nascerem da mesma nuvem molecular, os astrónomos detectam frequentemente diferenças nas composições químicas e nos sistemas planetários das estrelas binárias. Uma estrela neste sistema hospeda três pequenos planetas rochosos, enquanto a outra estrela hospeda dois gigantes gasosos. Usando o GHOST da Gemini South, uma equipa de astrónomos confirmou pela primeira vez que estas diferenças podem ser atribuídas a faltas de homogeneidade na nuvem molecular primordial a partir da qual as estrelas nasceram. Crédito:NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva (Motor Espacial)/M. Zamani Utilizando o telescópio Gemini South, uma equipa de astrónomos confirmou pela primeira vez que as diferenças na composição das estrelas binárias podem ter origem em variações químicas na nuvem de material estelar a partir da qual se formaram. Os resultados ajudam a explicar por que estrelas nascidas da mesma nuvem molecular podem possuir composições químicas diferentes e hospedar diferentes sistemas planetários, além de representar desafios aos atuais modelos de formação estelar e planetária.
Estima-se que até 85% das estrelas existam em sistemas estelares binários, algumas até em sistemas com três ou mais estrelas. Estes pares estelares nascem juntos a partir da mesma nuvem molecular a partir de uma abundância partilhada de blocos de construção químicos, pelo que os astrónomos esperariam descobrir que têm composições e sistemas planetários quase idênticos.
No entanto, para muitos binários, esse não é o caso. Embora algumas explicações propostas atribuam estas diferenças a eventos que ocorrem após a evolução das estrelas, uma equipa de astrónomos confirmou pela primeira vez que podem realmente ter origem antes mesmo de as estrelas começarem a formar-se.
Liderada por Carlos Saffe, do Instituto de Ciências Astronômicas, da Terra e do Espaço (ICATE-CONICET) da Argentina, a equipe utilizou o telescópio Gemini Sul, no Chile, metade do Observatório Internacional Gemini.
Com o novo e preciso espectrógrafo óptico de alta resolução Gemini (GHOST), a equipe estudou os diferentes comprimentos de onda da luz, ou espectros, emitidos por um par de estrelas gigantes, que revelaram diferenças significativas na sua composição química.
"Os espectros de qualidade extremamente elevada do GHOST ofereceram uma resolução sem precedentes," disse Saffe, "permitindo-nos medir os parâmetros estelares e as abundâncias químicas das estrelas com a maior precisão possível." Estas medições revelaram que uma estrela tinha maior abundância de elementos pesados do que a outra. Para desvendar a origem desta discrepância, a equipe utilizou uma abordagem única.
Estudos anteriores propuseram três explicações possíveis para as diferenças químicas observadas entre estrelas binárias. Dois deles envolvem processos que ocorreriam durante a evolução das estrelas:a difusão atômica, ou a fixação de elementos químicos em camadas gradientes dependendo da temperatura e da gravidade superficial de cada estrela, e o engolfamento de um planeta pequeno e rochoso, que introduziria produtos químicos variações na composição de uma estrela.
A terceira explicação possível remonta ao início da formação das estrelas, sugerindo que as diferenças se originam de áreas primordiais ou pré-existentes de não uniformidade dentro da nuvem molecular. Em termos mais simples, se a nuvem molecular tiver uma distribuição desigual de elementos químicos, então as estrelas nascidas dentro dessa nuvem terão composições diferentes dependendo de quais elementos estavam disponíveis no local onde cada uma se formou.
Até agora, os estudos concluíram que todas as três explicações são prováveis; no entanto, esses estudos focaram apenas nos binários da sequência principal. A 'sequência principal' é o estágio onde uma estrela passa a maior parte de sua existência, e a maioria das estrelas no universo são estrelas da sequência principal, incluindo o nosso sol.
Em vez disso, Saffe e a sua equipa observaram um binário composto por duas estrelas gigantes. Essas estrelas possuem camadas externas ou zonas convectivas extremamente profundas e fortemente turbulentas. Devido às propriedades destas zonas convectivas espessas, a equipa conseguiu descartar duas das três explicações possíveis.
O turbilhão contínuo de fluido dentro da zona convectiva tornaria difícil a sedimentação do material em camadas, o que significa que as estrelas gigantes são menos sensíveis aos efeitos da difusão atómica – descartando a primeira explicação. A espessa camada externa também significa que um engolfamento planetário não mudaria muito a composição de uma estrela, uma vez que o material ingerido seria rapidamente diluído – descartando a segunda explicação.
Isto deixa heterogeneidades primordiais dentro da nuvem molecular como explicação confirmada. "Esta é a primeira vez que os astrónomos conseguem confirmar que as diferenças entre estrelas binárias começam nas fases iniciais da sua formação," disse Saffe.
"Utilizando as capacidades de medição de precisão fornecidas pelo instrumento GHOST, a Gemini South está agora a recolher observações de estrelas no final das suas vidas para revelar o ambiente em que nasceram," afirma Martin Still, diretor do programa NSF para o Observatório Internacional Gemini. . "Isto dá-nos a capacidade de explorar como as condições em que as estrelas se formam podem influenciar toda a sua existência ao longo de milhões ou milhares de milhões de anos."
Três consequências deste estudo são de particular importância. Primeiro, estes resultados oferecem uma explicação para a razão pela qual os astrónomos vêem estrelas binárias com sistemas planetários tão diferentes. "Diferentes sistemas planetários podem significar planetas muito diferentes - rochosos, semelhantes à Terra, gigantes gelados, gigantes gasosos - que orbitam as suas estrelas hospedeiras a distâncias diferentes e onde o potencial para suportar vida pode ser muito diferente," disse Saffe.
Em segundo lugar, estes resultados representam um desafio crucial ao conceito de marcação química – utilizando a composição química para identificar estrelas que vieram do mesmo ambiente ou berçário estelar – ao mostrar que estrelas com composições químicas diferentes ainda podem ter a mesma origem.
Finalmente, as diferenças observadas anteriormente atribuídas a impactos planetários na superfície de uma estrela terão de ser revistas, uma vez que podem agora ser vistas como estando presentes desde o início da vida da estrela.
“Ao mostrar pela primeira vez que diferenças primordiais estão realmente presentes e são responsáveis pelas diferenças entre estrelas gémeas, mostramos que a formação de estrelas e planetas pode ser mais complexa do que se pensava inicialmente,” disse Saffe. "O universo ama a diversidade."
O estudo foi publicado na revista Astronomy &Astrophysics .
