Em seus movimentos e tremores, as estrelas gigantes vermelhas codificam um registro dos campos magnéticos próximos aos seus núcleos.
Nosso planeta está condenado. Dentro de alguns milhares de milhões de anos, o Sol esgotará o seu combustível de hidrogénio e transformar-se-á numa gigante vermelha – uma estrela tão grande que queimará, enegrecerá e engolirá os planetas interiores.
Embora as gigantes vermelhas sejam uma má notícia para os planetas, são uma boa notícia para os astrofísicos. Os seus corações contêm a chave para a compreensão de uma série de corpos estelares, desde protoestrelas incipientes até anãs brancas zombies, porque no fundo deles reside uma força invisível que pode moldar o destino de uma estrela: o campo magnético.
Os campos magnéticos próximos às superfícies das estrelas são frequentemente bem caracterizados, mas o que acontece nos seus núcleos é em grande parte desconhecido. Isso está mudando, porque as gigantes vermelhas são especialmente adequadas para estudar o magnetismo nas profundezas de uma estrela. Os cientistas fazem isso usando terremotos estelares – oscilações sutis na superfície de uma estrela – como um portal para o interior estelar.
“As gigantes vermelhas têm essas oscilações que permitem sondar o núcleo com muita sensibilidade”, disse Tim Bedding, asterosismologista da Universidade de Sydney que estuda estrelas gigantes vermelhas.
No ano passado, uma equipe da Universidade de Toulouse decodificou essas oscilações e mediu os campos magnéticos dentro de um trio de gigantes vermelhas. No início deste ano, a mesma equipe detectou campos magnéticos no interior de mais 11 gigantes vermelhas. Juntas, as observações mostraram que os corações dos gigantes são mais misteriosos do que o esperado.
Perto do coração de uma estrela, os campos magnéticos desempenham um papel crucial na mistura química no interior da estrela, o que por sua vez afeta a forma como a estrela evolui. Ao refinar os modelos estelares e incluir o magnetismo interno, os cientistas serão capazes de calcular as idades estelares com mais precisão. Tais medições poderiam ajudar a determinar as idades de planetas distantes potencialmente habitáveis e definir os cronogramas de formação de galáxias.
“Não incluímos o magnetismo na modelagem estelar”, disse Lisa Bugnet, astrofísica do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria que desenvolveu métodos para estudar campos magnéticos dentro de gigantes vermelhas. “É uma loucura, mas simplesmente não existe porque não temos ideia de sua aparência [ou] de quão forte é.”
Olhe para o sol
A única maneira de sondar o coração de uma estrela é com a asterossismologia, o estudo das oscilações estelares.
Da mesma forma que as ondas sísmicas que ondulam no interior da Terra podem ser usadas para mapear a paisagem subterrânea do planeta, as oscilações estelares abrem uma janela para as entranhas de uma estrela. As estrelas oscilam à medida que o seu plasma se agita, produzindo ondas que transportam informações sobre a composição interna e a rotação de uma estrela. Bugnet compara o processo a um sino tocando – a forma e o tamanho de um sino produzem um som específico que revela as propriedades do próprio sino.
Para estudar gigantes trêmulos, os cientistas usam dados do telescópio Kepler, que caça planetas da NASA, que monitorou o brilho de mais de 180.000 estrelas durante anos. A sua sensibilidade permitiu aos astrofísicos detectar pequenas mudanças na luz das estrelas ligadas às oscilações estelares, que afectam tanto o raio como o brilho da estrela.
Mas decodificar as oscilações estelares é complicado. Eles vêm em dois sabores básicos: modos de pressão acústica (modos p), que são ondas sonoras que se movem através das regiões externas de uma estrela, e modos de gravidade (modos g), que são de frequência mais baixa e principalmente confinados ao núcleo. Para estrelas como o nosso Sol, os modos p dominam as suas oscilações observáveis; seus modos g, que são afetados por campos magnéticos internos, são fracos demais para serem detectados e não conseguem alcançar a superfície da estrela.
Em 2011, o astrofísico da KU Leuven Paul Beck e colegas usaram dados do Kepler para mostrar que nas gigantes vermelhas, os modos p e os modos g interagem e produzem o que é conhecido como modo misto. Os modos mistos são a ferramenta que sonda o coração de uma estrela – eles permitem aos astrônomos ver as oscilações do modo g – e só são detectáveis em estrelas gigantes vermelhas. O estudo dos modos mistos revelou que os núcleos das gigantes vermelhas giram muito mais lentamente do que o envelope gasoso da estrela, ao contrário do que os astrofísicos haviam previsto.
Isso foi uma surpresa – e uma possível indicação de que faltava algo crucial nesses modelos: o magnetismo.
Simetria Estelar
No ano passado, Gang Li, um asterosismologista agora na KU Leuven, foi escavar os gigantes do Kepler. Ele estava procurando um sinal de modo misto que registrasse o campo magnético no núcleo de uma gigante vermelha. “Surpreendentemente, encontrei alguns casos desse fenômeno”, disse ele.
Normalmente, as oscilações de modo misto em gigantes vermelhas ocorrem quase ritmicamente, produzindo um sinal simétrico. Bugnet e outros previram que os campos magnéticos quebrariam essa simetria, mas ninguém foi capaz de fazer essa observação complicada – até a equipe de Li.
Li e os seus colegas encontraram um trio gigante que exibia as assimetrias previstas e calcularam que o campo magnético de cada estrela era até “2.000 vezes a força de um íman de frigorífico típico” – forte, mas consistente com as previsões.
No entanto, um dos três gigantes vermelhos os surpreendeu: seu sinal de modo misto estava invertido. “Ficámos um pouco confusos”, disse Sébastien Deheuvels, autor do estudo e astrofísico em Toulouse. Deheuvels acredita que este resultado sugere que o campo magnético da estrela está inclinado para o lado, o que significa que a técnica poderia determinar a orientação dos campos magnéticos, o que é crucial para atualizar modelos de evolução estelar.
Um segundo estudo, liderado por Deheuvels, utilizou asterosismologia de modo misto para detectar campos magnéticos nos núcleos de 11 gigantes vermelhas. Aqui, a equipe explorou como esses campos afetavam as propriedades dos modos g – o que, observou Deheuvels, pode fornecer uma maneira de ir além das gigantes vermelhas e detectar campos magnéticos em estrelas que não mostram essas assimetrias raras. Mas primeiro “queremos encontrar o número de gigantes vermelhas que apresentam este comportamento e compará-las com diferentes cenários para a formação destes campos magnéticos”, disse Deheuvels.
Não apenas um número
O uso de terremotos estelares para investigar o interior das estrelas deu início a um “renascimento” na evolução estelar, disse Conny Aerts, astrofísica da KU Leuven.
O renascimento tem implicações de longo alcance para a nossa compreensão das estrelas e do nosso lugar no cosmos. Até agora, sabemos a idade exata de apenas uma estrela – o nosso Sol – que os cientistas determinaram com base na composição química dos meteoritos que se formaram durante o nascimento do sistema solar. Para todas as outras estrelas do universo, só estimamos idades com base na rotação e na massa. Adicione magnetismo interno e você terá uma maneira de estimar as idades estelares com mais precisão.
E a idade não é apenas um número, mas uma ferramenta que pode ajudar a responder algumas das questões mais profundas sobre o cosmos. Veja a busca por vida extraterrestre. Desde 1992, os cientistas avistaram mais de 5.400 exoplanetas. O próximo passo é caracterizar esses mundos e determinar se são adequados para a vida. Isso inclui saber a idade do planeta. “E a única maneira de saber sua idade é conhecendo a idade da estrela hospedeira”, disse Deheuvels.
Outro campo que requer idades estelares precisas é a arqueologia galáctica, o estudo de como as galáxias são montadas. A Via Láctea, por exemplo, engoliu galáxias menores durante a sua evolução; os astrofísicos sabem disso porque as abundâncias químicas nas estrelas traçam sua ancestralidade. Mas eles não têm um bom cronograma para quando isso aconteceu – as idades estelares inferidas não são suficientemente precisas.
“A realidade é que às vezes erramos um fator de 10 na idade estelar”, disse Aerts.
O estudo dos campos magnéticos dentro dos corações estelares ainda está em sua infância; existem muitas incógnitas quando se trata de compreender como as estrelas evoluem. E para Aerts, há beleza nisso.
“A natureza é mais imaginativa do que nós”, disse ela.
Publicado em 27/08/2023 22h16
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