Cientistas esboçam sistema estelar envelhecido usando mais de um século de observações

Os astrónomos pintaram a sua melhor imagem de uma variável RV Tauri, um tipo raro de binário estelar onde duas estrelas – uma perto do final da sua vida – orbitam dentro de um extenso disco de poeira. O seu conjunto de dados de 130 anos abrange a mais ampla gama de luz já recolhida para um destes sistemas, de rádio a raios-X.

“Existem apenas cerca de 300 variáveis RV Tauri conhecidas na Via Láctea,” disse Laura Vega, recém-doutorada na Universidade Vanderbilt em Nashville, no estado norte-americano do Tennessee. “Concentrámos o nosso estudo na segunda mais brilhante, de nome U Monocerotis, que é agora o primeiro destes sistemas no qual foram detetados raios-X.”

O artigo que descreve os achados, liderado por Vega, foi publicado na revista The Astrophysical Journal.

O sistema, abreviado para U Mon, está situado a cerca de 3600 anos-luz de distância na direção da constelação de Unicórnio. As suas duas estrelas orbitam-se uma à outra a cada seis anos e meio num percurso inclinado 75 graus a partir da nossa perspetiva.

A estrela primária, uma velha supergigante amarela, tem cerca de duas vezes a massa do Sol, mas inchou para 100 vezes o tamanho do Sol. Um “jogo da corda” entre a pressão e a temperatura na sua atmosfera faz com que se expanda e contraia regularmente, e estas pulsações criam mudanças de luz previsíveis com alternância de profundas e superficiais diminuições de brilho – características dos sistemas RV Tauri. Os cientistas sabem menos sobre a estrela companheira, no entanto acham que tem massa semelhante mas é muito mais jovem do que a primária.

O disco frio em torno de ambas as estrelas é composto de gás e poeira ejetados pela estrela primária à medida que evolui. Usando observações rádio do SMA (Submillimeter Array) em Maunakea, Hawaii, a equipa de Vega estimou que o disco tem cerca de 82 mil milhões de quilómetros de diâmetro. O binário orbita dentro de uma lacuna central que os cientistas pensam ser comparável à distância entre as duas estrelas na sua separação máxima, quando estão a mais ou menos 870 milhões de quilómetros uma da outra.

Quando as estrelas estão mais distantes uma da outra, estão aproximadamente alinhadas com a nossa linha de visão. O disco obscurece parcialmente a primária e cria outra flutuação previsível na luz do sistema. Vega e os seus colegas acham que é quando uma ou ambas as estrelas interagem com a orla interna do disco, sugando fluxos de gás e poeira. Eles sugerem que a estrela companheira canaliza o gás para o seu próprio disco, que aquece e gera um fluxo de gás que emite raios-X. Este modelo poderia explicar os raios-X detetados em 2016 pelo satélite XMM-Newton da ESA.

“As observações do XMM tornam U Mon a primeira variável RV Tauri detetada em raios-X,” disse Kim Weaver, cientista do projeto XMM nos EUA e astrofísica do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland. “É empolgante ver medições em vários comprimentos de onda, tanto no solo como no espaço, a reunirem-se para nos fornecer novas informações sobre um sistema há muito estudado.”

Na sua análise de U Mon, a equipa de Vega também incorporou 130 anos de observações no visível.

A primeira medição disponível do sistema, recolhida no dia 25 de dezembro de 1888, veio dos arquivos da AAVSO (American Association of Variable Star Observers), uma rede internacional de astrónomos amadores e profissionais com sede em Cambridge, Massachusetts. A AAVSO forneceu medições históricas adicionais que vão desde meados da década de 1940 até ao presente.

Os cientistas também usaram imagens de arquivo catalogadas pelo DASCH (Digital Access to a Sky Century @ Harvard), um programa do Observatório de Harvard em Cambridge dedicado à digitalização de imagens astronómicas em placas fotográficas de vidro feitas por telescópios terrestres entre as décadas de 1880 e 1990.

A luz de U Mon varia porque a estrela primária pulsa e porque o disco obscurece parcialmente a cada aproximadamente 6,5 anos. Os dados combinados da AAVSO e do DASCH permitiram que Vega e colegas detetassem um ciclo ainda mais longo, em que o brilho do sistema aumenta e diminui a cada 60 anos. Eles pensam que uma dobra ou amontoado no disco, localizado à mesma distância do sistema que Neptuno do Sol, provoca esta variação extra durante a sua órbita.

“Para a sua tese de doutoramento, Laura usou este conjunto de dados históricos para detetar uma característica que, de outra forma, apareceria apenas uma vez na carreira de um astrónomo,” disse o coautor Rodolfo Montez Jr., astrofísico do Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian, também em Cambridge. “É uma prova de como o nosso conhecimento do Universo se desenvolve ao longo do tempo.”

O coautor Keivan Stassun, especialista em formação estelar e orientador de doutoramento de Vega, salienta que este sistema evoluído tem muitas características e comportamentos em comum com binários recém-formados. Ambos estão embebidos em discos de gás e poeira, puxam material desses discos e produzem fluxos de gás. E em ambos os casos, os discos podem formar dobras ou amontoados. Nos binários jovens, podem assinalar o início da formação de um planeta.

“Ainda temos dúvidas sobre a característica no disco de U Mon, que podem ser respondidas por futuras observações no rádio,” disse Stassun. “Mas por outro lado, muitas das mesmas características estão lá. É fascinante como estes dois estágios da vida de binários se assemelham.”

// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais:

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ScienceDaily
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U Monocerotis:
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Variáveis RV Tauri:
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AAVSO

Estrela variável:
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SMA (Submillimeter Array):
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Observatório XMM-Newton:
ESA
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AAVSO (American Association of Variable Star Observers):
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DASCH (Digital Access to a Sky Century @ Harvard):
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