Como é o som de uma estrela “cintilante”? Oiça

Muitas pessoas sabem que as estrelas parecem cintilar porque a nossa atmosfera afeta a luz das estrelas quando esta viaja para a Terra. Mas as estrelas também têm um “piscar” inato – causado por ondas de gás nas suas superfícies – que é impercetível aos atuais telescópios terrestres.

Num novo estudo, uma equipa de investigadores liderada pela Northwestern University desenvolveu as primeiras simulações 3D da ondulação energética do núcleo de uma estrela massiva para a sua superfície exterior. Utilizando estes novos modelos, os investigadores determinaram, pela primeira vez, quanto é que as estrelas deveriam inatamente cintilar.

E, novamente pela primeira vez, a equipa também converteu estas ondas de gás em ondas sonoras, permitindo aos ouvintes escutar tanto o interior das estrelas como o “cintilar”. E é assustadoramente fascinante.

O estudo foi publicado a 27 de julho na revista Nature Astronomy.

“Os movimentos nos núcleos das estrelas lançam ondas como as do oceano”, disse Evan Anders, da Northwestern, que liderou o estudo. “Quando as ondas chegam à superfície da estrela, fazem-na cintilar de uma forma que os astrónomos poderão observar. Pela primeira vez, desenvolvemos modelos informáticos que nos permitem determinar o quanto uma estrela deve cintilar como resultado destas ondas. Este trabalho permite aos futuros telescópios espaciais sondar as regiões centrais onde as estrelas forjam os elementos de que dependemos para viver e respirar”.

Anders é pós-doutorado no CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics) da Northwestern. É orientado pelo coautor do estudo, Daniel Lecoanet, professor assistente de ciências da engenharia e matemática aplicada na Faculdade McCormick de Engenharia da Northwestern e membro do CIERA.

O calor cria ondas que produzem o cintilar

Todas as estrelas têm uma zona de convecção, um local selvagem e desordeiro onde os gases se agitam para empurrar o calor para fora. No caso das estrelas massivas (estrelas com pelo menos 1,2 vezes a massa do nosso Sol), esta zona de convecção situa-se no seu núcleo.

“A convecção no interior das estrelas é semelhante ao processo que alimenta as tempestades”, disse Anders. “O ar arrefecido cai, aquece e volta a subir. É um processo turbulento que transporta o calor”.

Também produz ondas – pequenos “riachos” que fazem com que a luz das estrelas diminua e aumente, produzindo um cintilar subtil. Uma vez que os núcleos das estrelas massivas estão ocultos, Anders e a sua equipa procuraram modelar a sua convecção oculta. Com base em estudos que examinaram as propriedades da convecção turbulenta do núcleo, as características das ondas e as possíveis características observacionais dessas ondas, as novas simulações da equipa incluem toda a física relevante para prever com precisão a forma como o brilho de uma estrela se altera em função das ondas geradas pela convecção.

Depois da convecção gerar as ondas, estas “saltam” no interior da estrela simulada. Enquanto algumas ondas acabam por emergir para a superfície da estrela, produzindo um efeito cintilante, outras ondas ficam presas e continuam a saltar. Para isolar as ondas que se lançam para a superfície e criam o efeito cintilante, Anders e a sua equipa construíram um filtro que descreve a forma como as ondas saltam no interior das simulações.

“Começámos por colocar uma camada de amortecimento à volta da estrela – como as paredes almofadadas de um estúdio de gravação – para podermos medir exatamente como a convecção do núcleo produz as ondas”, explicou Anders.

Anders compara-o a um estúdio de música, que utiliza paredes almofadadas à prova de som para minimizar a acústica de um ambiente, de modo a que os músicos possam extrair o “som puro” da música. Em seguida, os músicos aplicam filtros e fazem a engenharia dessas gravações para produzir a música como eles querem.

Da mesma forma, Anders e os seus colaboradores aplicaram o seu filtro às ondas puras que mediram a sair do núcleo convectivo. Depois, seguiram as ondas que saltavam numa estrela modelo, acabando por descobrir que o seu filtro descrevia com precisão a forma como a estrela alterava as ondas provenientes do núcleo. Os investigadores desenvolveram então um filtro diferente para a forma como as ondas deveriam saltar no interior de uma estrela real. Com este filtro aplicado, a simulação resultante mostra como os astrónomos esperam que as ondas apareçam quando vistas através de um telescópio potente.

“As estrelas ficam um pouco mais brilhantes ou um pouco mais fracas, dependendo de várias coisas que acontecem dinamicamente no seu interior”, disse Anders. “O cintilar que estas ondas provocam é extremamente subtil e os nossos olhos não são suficientemente sensíveis para o ver. Mas os poderosos telescópios do futuro poderão ser capazes de o detetar”.

Pensemos no processo de insonorização de um estúdio de música

Levando a analogia do estúdio de gravação um pouco mais longe, Anders e os seus colaboradores utilizaram de seguida as suas simulações para gerar som. Como estas ondas estão fora do alcance da audição humana, os investigadores aumentaram uniformemente as frequências das ondas para as tornar audíveis.

Dependendo do tamanho ou do brilho de uma estrela massiva, a convecção produz ondas que correspondem a sons diferentes. As ondas que emergem do núcleo de uma grande estrela, por exemplo, produzem sons como os de uma pistola de raios deformada, a rebentar através de uma paisagem alienígena. Mas a estrela altera estes sons à medida que as ondas atingem a superfície da estrela. Para uma estrela grande, os pulsos semelhantes a uma pistola de raios transformam-se num eco baixo que reverbera através de uma sala vazia. As ondas à superfície de uma estrela de tamanho médio, por outro lado, evocam imagens de um zumbido persistente num terreno varrido pelo vento. E as ondas à superfície de uma estrela pequena soam como um alerta de uma sirene meteorológica.

A seguir, Anders e a sua equipa fizeram passar canções por diferentes estrelas para ouvir como estas alteram as canções. Passaram um pequeno clip áudio de “Júpiter” (um movimento da suite orquestral “The Planets” do compositor Gustav Holst) e de “Twinkle, Twinkle, Little Star” através de três tamanhos de estrelas massivas. Quando propagadas através de estrelas, todas as músicas soam distantes e assombrosas – como algo de “Alice no País das Maravilhas”.

“Estávamos curiosos por saber como é que uma canção soaria se fosse propagada através de uma estrela”, disse Anders. “As estrelas mudam a música e, de forma correspondente, mudam o aspeto das ondas se as víssemos a cintilar na superfície da estrela.”

// Northwestern University (comunicado de imprensa)
// Fundação Simons (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)
// Artigo científico (arXiv.org)

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Estrutura estelar:
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