Os cientistas observaram, pela primeira vez, a misteriosa agonia de uma estrela de ramo assintótico rico em carbono (AGB). O ato final de V Hydrae é caracterizado pela ejeção em massa de matéria para o espaço, resultando na lenta expansão de seis anéis e na formação de duas estruturas em forma de ampulheta mostradas aqui na concepção deste artista.
Cientistas que estudam V Hydrae (V Hya) testemunharam a misteriosa agonia da morte da estrela em detalhes sem precedentes. Usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e dados do Telescópio Espacial Hubble (HST), a equipe descobriu seis anéis de expansão lenta e duas estruturas em forma de ampulheta causadas pela ejeção de matéria em alta velocidade para o espaço. Os resultados do estudo foram publicados no The Astrophysical Journal.
V Hya é uma estrela do ramo gigante assintótico (AGB) rica em carbono localizada a aproximadamente 1.300 anos-luz da Terra na constelação de Hydra. Mais de 90 por cento das estrelas com massa igual ou superior à do Sol evoluem para estrelas AGB à medida que o combustível necessário para alimentar os processos nucleares é retirado. Entre esses milhões de estrelas, V Hya tem sido de particular interesse para os cientistas devido aos seus comportamentos e características até agora únicos, incluindo erupções de plasma de escala extrema que acontecem aproximadamente a cada 8,5 anos e a presença de uma estrela companheira quase invisível que contribui para Comportamento explosivo de V Hya.
“Nosso estudo confirma dramaticamente que o modelo tradicional de como as estrelas AGB morrem – através da ejeção em massa de combustível por meio de um vento esférico lento, relativamente constante ao longo de 100.000 anos ou mais – é, na melhor das hipóteses, incompleto ou, na pior das hipóteses, incorreto”, disse. Raghvendra Sahai, astrônomo do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e principal pesquisador do estudo. “É muito provável que um companheiro estelar ou subestelar próximo desempenhe um papel significativo em suas mortes, e entender a física das interações binárias é importante na astrofísica e um de seus maiores desafios. No caso de V Hya, a combinação de uma estrela próxima e uma hipotética companheira distante é responsável, pelo menos até certo ponto, pela presença de seus seis anéis e pelos fluxos de alta velocidade que estão causando a morte milagrosa da estrela.”
Mark Morris, astrônomo da UCLA e co-autor da pesquisa, acrescentou: “V Hydra foi apanhado no processo de derramar sua atmosfera – em última análise, a maior parte de sua massa – o que é algo que a maioria das estrelas gigantes vermelhas em estágio avançado fazem. Para nossa surpresa, descobrimos que a matéria, neste caso, está sendo expelida como uma série de anéis de saída. Esta é a primeira e única vez que alguém viu que o gás sendo ejetado de uma estrela AGB pode estar fluindo na forma de uma série de ‘anéis de fumaça’ em expansão.”
Os seis anéis se expandiram para fora de V Hya ao longo de cerca de 2.100 anos, adicionando matéria e impulsionando o crescimento de uma estrutura semelhante a um disco de alta densidade e deformada ao redor da estrela. A equipe apelidou essa estrutura de DUDE, ou Disk Undergoing Dynamical Expansion.
“O estado final da evolução estelar – quando as estrelas passam pela transição de gigantes vermelhas para acabarem como remanescentes estelares de anãs brancas – é um processo complexo que não é bem compreendido”, disse Morris. “A descoberta de que esse processo pode envolver a ejeção de anéis de gás, simultaneamente com a produção de jatos intermitentes de material de alta velocidade, traz uma nova e fascinante ruga à nossa exploração de como as estrelas morrem.”
Sahai acrescentou: “V Hya está na fase de transição breve, mas crítica, que não dura muito tempo, e é difícil encontrar estrelas nesta fase, ou melhor, ‘pegá-las no ato’. Tivemos sorte e conseguimos visualizar todos os diferentes fenômenos de perda de massa em V Hya para entender melhor como as estrelas moribundas perdem massa no final de suas vidas.”
Além de um conjunto completo de anéis em expansão e um disco deformado, o ato final de V Hya apresenta duas estruturas em forma de ampulheta – e uma estrutura adicional em forma de jato – que estão se expandindo em altas velocidades de mais de meio milhão de milhas por hora (240 km/s). Grandes estruturas de ampulheta foram observadas anteriormente em nebulosas planetárias, incluindo MyCn 18 – também conhecida como Nebulosa da Ampulheta Gravada – uma jovem nebulosa de emissão localizada a cerca de 8.000 anos-luz da Terra na constelação sul de Musca, e a mais conhecida Southern Crab Nebulosa, uma nebulosa de emissão localizada a cerca de 7.000 anos-luz da Terra na constelação do sul de Centaurus.
Sahai disse: “Observamos pela primeira vez a presença de fluxos muito rápidos em 1981. Então, em 2022, encontramos um fluxo semelhante a jato consistindo de bolhas de plasma compactas ejetadas em alta velocidade de V Hya. E agora, nossa descoberta de fluxos de grande angular em V Hya conecta os pontos, revelando como todas essas estruturas podem ser criadas durante a fase evolutiva em que essa estrela gigante vermelha extraluminosa está agora.”
Devido à distância e à densidade da poeira ao redor da estrela, estudar V Hya exigia um instrumento único com o poder de ver claramente a matéria que está muito distante e também difícil ou impossível de detectar com a maioria dos telescópios ópticos. A equipe recrutou os receptores Banda 6 (1,23 mm) e Banda 7 (0,85 mm) do ALMA, que revelaram os múltiplos anéis e saídas da estrela com total clareza.
“Os processos que ocorrem nos estágios finais de estrelas de baixa massa, e durante a fase AGB em particular, há muito fascinam os astrônomos e têm sido difíceis de entender”, disse Joe Pesce, astrônomo e oficial do programa NSF do NRAO/ALMA. “As capacidades e a resolução do ALMA estão finalmente a permitir-nos testemunhar estes eventos com o extraordinário detalhe necessário para fornecer algumas respostas e melhorar a nossa compreensão de um evento que acontece com a maioria das estrelas do Universo.”
Sahai acrescentou que a incorporação de dados infravermelhos, ópticos e ultravioleta no estudo criou uma imagem completa de vários comprimentos de onda do que pode ser um dos maiores espetáculos da Via Láctea, pelo menos para os astrônomos. “Cada vez que observamos V Hya com novas capacidades de observação, ele se torna cada vez mais como um circo, caracterizado por uma variedade ainda maior de feitos impressionantes. V Hydrae nos impressionou com seus múltiplos anéis e atos, e porque nosso próprio Sol pode um dia experimentar um destino semelhante, ele nos prendeu à atenção.”
Pesquisa
“A estrela AGB em rápida evolução, V Hya: ALMA encontra um circo de vários anéis com fluxo de saída de alta velocidade”, Sahai et al, (2022), The Astrophysical Journal, pré-impressão: arXiv: 2202.09335
Recursos
– “Descoberta de vazão de alta velocidade em V Hydra – Vento de um disco de acreção em um binário?” Sahai, R. & Wannier, P.G. (1988), Astronomy & Astrophysics, ADS: 1988A&A…201L…9S
– “V Hydrae: o elo perdido entre gigantes vermelhas esféricas e nebulosas planetárias bipolares? Observações de rádio do envelope molecular”, Kahane et al (1996), Astronomy & Astrophysics, ADS: 1996A&A…314..871K
– “Um fluxo colimado de alta velocidade da estrela moribunda V Hydrae”, Sahai et al (2003), Nature, 426, 261, doi.org/10.1038/nature02086
– “High-velocity bipolar outflow and disklike envelope in the carbon star V Hydrae,” Hirano et al (2004), The Astrophysical Journal, doi: 10.1086/424382
– “Ejeções de bala de alta velocidade durante a transição AGB para a Nebulosa Planetária: Observações HST da Estrela de Carbono, V Hydrae,” Sahai, R., Scibelli, S., & Morris, MR (2016), The Astrophysical Journal, doi.org /10.3847/0004-637x/827/2/92
Sobre o ALMA
O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma instalação internacional de astronomia, é uma parceria da Organização Europeia para Pesquisa Astronômica no Hemisfério Sul (ESO), da Fundação Nacional de Ciências dos EUA (NSF) e dos Institutos Nacionais de Ciências Naturais. NINS) do Japão em cooperação com a República do Chile. O ALMA é financiado pelo ESO em nome dos seus Estados Membros, pela NSF em cooperação com o National Research Council of Canada (NRC) e o Ministério da Ciência e Tecnologia (MOST) e pelo NINS em cooperação com a Academia Sinica (AS) em Taiwan e o Instituto Coreano de Astronomia e Ciência Espacial (KASI).
A construção e as operações do ALMA são lideradas pelo ESO em nome dos seus Estados-Membros; pelo Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO), administrado pela Associated Universities, Inc. (AUI), em nome da América do Norte; e pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ) em nome da Ásia Oriental. O Joint ALMA Observatory (JAO) fornece a liderança e gestão unificada da construção, comissionamento e operação do ALMA.
Publicado em 28/03/2022 18h06
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