Em seus interiores, as estrelas são estruturadas de maneira em camadas e parecidas com cebolas. Naqueles com temperatura solar, o núcleo é seguido pela zona de radiação. Lá, o calor de dentro é levado para fora por meio de radiação. À medida que o plasma estelar se torna mais frio no exterior, o transporte de calor é dominado pelos fluxos de plasma: o plasma quente de dentro sobe para a superfície, esfria e afunda novamente. Esse processo é chamado de convecção. Ao mesmo tempo, a rotação da estrela, que depende da latitude estelar, introduz movimentos de cisalhamento. Juntos, ambos os processos torcem e giram linhas de campo magnético e criam campos magnéticos complexos de uma estrela em um processo de dínamo que ainda não é totalmente compreendido.
“Infelizmente, não podemos olhar diretamente para o Sol e outras estrelas para ver esses processos em ação, mas precisamos recorrer a métodos mais indiretos”, diz o Dr. Jyri Lehtinen, do Instituto Max Planck de Pesquisa em Sistemas Solares (MPS) na Alemanha, primeiro autor do novo artigo publicado hoje na Nature Astronomy. Em seu estudo atual, os pesquisadores compararam os níveis de atividade de estrelas diferentes, por um lado, e suas propriedades de rotação e convecção, por outro. O objetivo era determinar quais propriedades têm uma forte influência na atividade. Isso pode ajudar a entender as especificidades do processo do dínamo.
Vários modelos do dínamo estelar foram propostos no passado, mas dois paradigmas principais prevalecem. Enquanto um deles enfatiza mais a rotação e assume apenas efeitos sutis dos fluxos convecionais, o outro depende crucialmente da convecção turbulenta. Nesse tipo de convecção, o plasma estelar quente não sobe à superfície em movimentos sedativos em larga escala. Em vez disso, os fluxos vigorosos em pequena escala dominam.
Para encontrar evidências para um ou outro dos dois paradigmas, Lehtinen e seus colegas examinaram pela primeira vez 224 estrelas muito diferentes. A amostra deles continha duas estrelas principais de sequência, que são, por assim dizer, no auge de sua vida, e estrelas gigantes mais antigas e mais evoluídas. Normalmente, as propriedades de convecção e rotação das estrelas mudam à medida que envelhecem. Comparadas às estrelas da sequência principal, as estrelas evoluídas exibem uma zona de convecção mais espessa, muitas vezes expandindo-se por grande parte do diâmetro da estrela e às vezes substituindo completamente a zona de radiação. Isso leva a tempos de rotatividade mais longos para o transporte de calor por convecção. Ao mesmo tempo, a rotação geralmente diminui.
Para o seu estudo, os pesquisadores analisaram um conjunto de dados obtido no Mount Wilson Observatory, na Califórnia (EUA), que durante vários anos registrou as emissões das estrelas em comprimentos de onda típicos dos íons cálcio encontrados no plasma estelar. Essas emissões não estão apenas correlacionadas com o nível de atividade das estrelas. O processamento complexo de dados também possibilitou inferir os períodos de rotação das estrelas.
Assim como o Sol, as estrelas às vezes são manchadas com regiões com força de campo magnético extremamente alta, as chamadas regiões ativas, que são frequentemente associadas a manchas escuras na superfície visível das estrelas. “À medida que uma estrela gira, essas regiões aparecem e desaparecem levando a um aumento e queda periódicos do brilho das emissões”, disse o Dr. Maarit Käpylä, da Universidade Aalto, na Finlândia, que também lidera o grupo de pesquisa “Solar and Stellar”. Dínamos “no MPS, explica. No entanto, como as emissões estelares também podem flutuar devido a outros efeitos, identificar variações periódicas – especialmente por longos períodos – é complicado.
“Algumas das estrelas que estudamos mostram períodos de rotação de várias centenas de dias, e surpreendentemente ainda um nível de atividade magnética semelhante às outras estrelas, e notavelmente até ciclos magnéticos como o Sol”, diz o Dr. Nigul Olspert, da MPS, que analisou o dados. O Sol, em comparação, gira rapidamente com um período de rotação de apenas aproximadamente 25 dias no equador solar. Os tempos de rotação convectiva foram calculados por meio de modelagem da estrutura estelar, levando em consideração a massa de cada estrela, composição química e estágio evolutivo.
A análise dos cientistas mostra que o nível de atividade de uma estrela não depende, como sugerido por outros estudos baseados em amostras menores e mais uniformes, incluindo apenas as estrelas principais da sequência, depende apenas de sua rotação. Em vez disso, somente se a convecção for considerada, o comportamento da sequência principal e das estrelas evoluídas poderá ser entendido de maneira unificada. “A interação da rotação e da convecção determina o quão ativa é uma estrela”, resume o Prof. Käpylä. “Nossos resultados inclinam a balança a favor do mecanismo de dínamo, incluindo convecção turbulenta”, acrescenta ela.
Publicado em 14/03/2020 13h40
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