Como o Telescópio Romano da NASA medirá a idade das estrelas
Esta imagem do nosso sol foi tirada em agosto de 2012 pelo Solar Dynamics Observatory da NASA. Mostra uma série de manchas solares. Outras estrelas também apresentam manchas estelares, que fazem com que o brilho observado da estrela varie à medida que as manchas aparecem e desaparecem do campo de visão. Ao medir essas mudanças no brilho, os astrónomos podem inferir o período de rotação da estrela. O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA irá recolher medições de brilho de centenas de milhares de estrelas localizadas na direção do centro da nossa galáxia, a Via Láctea, produzindo informações sobre as suas taxas de rotação. Crédito:NASA Adivinhar a sua idade pode ser um jogo de carnaval popular, mas para os astrônomos é um verdadeiro desafio determinar a idade das estrelas. Depois que uma estrela como o nosso Sol entra em fusão nuclear constante, ou na fase madura de sua vida, ela muda pouco durante bilhões de anos. Uma exceção a essa regra é o período de rotação da estrela – a rapidez com que ela gira. Ao medir os períodos de rotação de centenas de milhares de estrelas, o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA promete trazer novos conhecimentos sobre as populações estelares na nossa galáxia, a Via Láctea, após o seu lançamento, em maio de 2027.
As estrelas nascem girando rapidamente. No entanto, estrelas da massa do nosso Sol ou menores irão desacelerar gradualmente ao longo de bilhões de anos. Essa desaceleração é causada por interações entre um fluxo de partículas carregadas conhecido como vento estelar e o campo magnético da própria estrela. As interações removem o momento angular, fazendo com que a estrela gire mais lentamente, da mesma forma que um patinador no gelo desacelera quando estende os braços.
Este efeito, denominado frenagem magnética, varia dependendo da força do campo magnético da estrela. Estrelas de rotação mais rápida têm campos magnéticos mais fortes, o que faz com que desacelerem mais rapidamente. Devido à influência destes campos magnéticos, após cerca de mil milhões de anos, estrelas com a mesma massa e idade girarão à mesma velocidade. Portanto, se você conhece a massa e a taxa de rotação de uma estrela, poderá estimar sua idade. Conhecendo as idades de uma grande população de estrelas, podemos estudar como a nossa galáxia se formou e evoluiu ao longo do tempo.
Medindo a rotação estelar
Como os astrônomos medem a taxa de rotação de uma estrela distante? Eles procuram mudanças no brilho da estrela devido às manchas estelares. As manchas estelares, como as manchas solares no nosso Sol, são manchas mais frias e escuras na superfície de uma estrela. Quando uma mancha estelar está à vista, a estrela ficará ligeiramente mais escura do que quando a mancha está do outro lado da estrela.
Se uma estrela tivesse uma única mancha grande, ela experimentaria um padrão regular de escurecimento e brilho à medida que a mancha girava para dentro e para fora de vista. (Este escurecimento pode ser diferenciado de um efeito semelhante causado por um exoplaneta em trânsito.) Mas uma estrela pode ter dezenas de manchas espalhadas pela sua superfície a qualquer momento, e essas manchas variam ao longo do tempo, tornando muito mais difícil detectar observações periódicas. sinais de escurecimento da rotação da estrela. Este filme timelapse de 2001 mostra a superfície visível do Sol, ou fotosfera, enquanto a nossa estrela gira várias vezes. Grupos de manchas solares aparecem, crescem e diminuem com o tempo. Espera-se que as manchas em estrelas distantes também evoluam, complicando os esforços para determinar o período de rotação da estrela. Este filme foi feito com o instrumento Michelson Doppler Imager no SOHO, o Observatório Solar e Heliosférico. Crédito:NASA Aplicação de inteligência artificial
Uma equipa de astrónomos da Universidade da Florida está a desenvolver novas técnicas para extrair um período de rotação a partir de medições do brilho de uma estrela ao longo do tempo.
Eles estão usando um tipo de inteligência artificial conhecida como rede neural convolucional para analisar curvas de luz, ou gráficos do brilho de uma estrela, ao longo do tempo. Para fazer isso, a rede neural deve primeiro ser treinada em curvas de luz simuladas. O associado de pós-doutorado da Universidade da Flórida, Zachary Claytor, o principal investigador científico do projeto, escreveu um programa chamado "butterpy" para gerar essas curvas de luz.
"Este programa permite ao usuário definir uma série de variáveis, como a taxa de rotação da estrela, o número de manchas e a vida útil das manchas. Em seguida, ele calculará como as manchas emergem, evoluem e decaem à medida que a estrela gira e converte a evolução dessa mancha em um curva de luz - o que mediríamos à distância", explicou Claytor.
A equipe já aplicou sua rede neural treinada aos dados do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA. Os efeitos sistemáticos tornam mais difícil medir com precisão períodos de rotação estelar mais longos, mas a rede neural treinada da equipa foi capaz de medir com precisão estes períodos de rotação mais longos utilizando os dados do TESS. Uma estrela pode ter dezenas de manchas espalhadas pela sua superfície ao mesmo tempo, causando flutuações irregulares de brilho que tornam difícil detectar sinais periódicos de escurecimento devido à rotação da estrela. Este gráfico de dados do programa Butterpy mostra como o brilho observado de uma estrela simulada variaria ao longo de um único período de rotação. O Telescópio Espacial Romano da NASA será capaz de medir as curvas de luz e, portanto, as taxas de rotação, de centenas de milhares de estrelas, trazendo novos insights sobre as populações estelares na nossa galáxia. Crédito:NASA, Ralf Crawford (STScI) Pesquisa estelar de Roman
O próximo Telescópio Espacial Romano irá recolher dados de centenas de milhões de estrelas através do seu Galactic Bulge Time Domain Survey, um dos três principais inquéritos comunitários que irá realizar. Roman irá olhar para o centro da nossa galáxia – uma região repleta de estrelas – para medir quantas destas estrelas mudam de brilho ao longo do tempo. Estas medições permitirão múltiplas investigações científicas, desde a procura de exoplanetas distantes até à determinação das taxas de rotação das estrelas.
O desenho específico do levantamento ainda está sendo desenvolvido pela comunidade astronômica. O estudo sobre a rotação estelar promete ajudar a informar potenciais estratégias de pesquisa.
"Podemos testar quais coisas são importantes e o que podemos extrair dos dados romanos, dependendo das diferentes estratégias de pesquisa. Então, quando realmente obtivermos os dados, já teremos um plano", disse Jamie Tayar, professor assistente de astronomia no Universidade da Flórida e investigador principal do programa.
“Já temos muitas ferramentas e achamos que podem ser adaptadas ao Roman”, acrescentou ela.
