Usando observações do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA, os astrônomos identificaram uma coleção sem precedentes de estrelas gigantes vermelhas pulsantes em todo o céu.
Essas estrelas, cujos ritmos surgem de ondas sonoras internas, fornecem os acordes iniciais de uma exploração sinfônica de nossa vizinhança galáctica.
O TESS caça principalmente mundos além do nosso sistema solar, também conhecidos como exoplanetas. Mas suas medidas sensíveis de brilho estelar tornam o TESS ideal para estudar oscilações estelares, uma área de pesquisa chamada asteroseismologia.
Hon apresentou a pesquisa durante a segunda TESS Science Conference, um evento apoiado pelo Massachusetts Institute of Technology em Cambridge – realizado virtualmente de 2 a 6 de agosto – onde cientistas discutem todos os aspectos da missão. O Astrophysical Journal aceitou um artigo descrevendo as descobertas, liderado pelo Exmo.
Créditos: Crédito: Kristin Riebe, Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam
As ondas sonoras que viajam através de qualquer objeto – uma corda de violão, um tubo de órgão ou o interior da Terra e do Sol – podem refletir e interagir, reforçando algumas ondas e cancelando outras. Isso pode resultar em um movimento ordenado chamado ondas estacionárias, que criam os tons em instrumentos musicais.
Logo abaixo da superfície de estrelas como o Sol, o gás quente sobe, esfria e depois afunda, onde se aquece novamente, como uma panela de água fervente em um fogão quente. Este movimento produz ondas de mudança de pressão – ondas sonoras – que interagem, em última análise, conduzindo oscilações estáveis com períodos de alguns minutos que produzem mudanças sutis de brilho. Para o Sol, essas variações chegam a algumas partes por milhão. Estrelas gigantes com massas semelhantes à do Sol pulsam muito mais lentamente e as alterações de brilho correspondentes podem ser centenas de vezes maiores.
As oscilações do Sol foram observadas pela primeira vez na década de 1960. As oscilações do tipo solar foram detectadas em milhares de estrelas pelo telescópio espacial francês Convecção, Rotação e Trânsitos planetários (CoRoT), que operou de 2006 a 2013. As missões Kepler e K2 da NASA, que pesquisaram o céu de 2009 a 2018, descobriram dezenas de milhares de gigantes oscilantes. Agora, o TESS aumenta esse número em mais 10 vezes.
“Com uma amostra tão grande, gigantes que podem ocorrer apenas 1% das vezes tornam-se bastante comuns”, disse o co-autor Jamie Tayar, bolsista do Hubble da Universidade do Havaí. “Agora podemos começar a pensar em encontrar exemplos ainda mais raros.”
As diferenças físicas entre um violoncelo e um violino produzem suas vozes distintas. Da mesma forma, as oscilações estelares que os astrônomos observam dependem da estrutura interna, da massa e do tamanho de cada estrela. Isso significa que a asteroseismologia pode ajudar a determinar propriedades fundamentais para um grande número de estrelas com precisões não alcançáveis de qualquer outra forma.
“Nosso resultado inicial, usando medições estelares ao longo dos primeiros dois anos do TESS, mostra que podemos determinar as massas e os tamanhos desses gigantes oscilantes com precisão que só vai melhorar à medida que o TESS avança”, disse Marc Hon, pesquisador do Hubble da NASA na Universidade do Havaí em Honolulu. “O que é realmente incomparável aqui é que a ampla cobertura do TESS nos permite fazer essas medições uniformemente em quase todo o céu.”
Quando estrelas semelhantes em massa ao Sol evoluem para gigantes vermelhas, a penúltima fase de suas vidas estelares, suas camadas externas se expandem 10 vezes ou mais. Esses vastos envoltórios gasosos pulsam com períodos mais longos e amplitudes maiores, o que significa que suas oscilações podem ser observadas em estrelas mais fracas e mais numerosas.
O TESS monitora grandes áreas do céu por cerca de um mês usando suas quatro câmeras. Durante sua missão principal de dois anos, o TESS cobriu cerca de 75% do céu, cada câmera capturando uma imagem completa medindo 24 por 24 graus a cada 30 minutos. Em meados de 2020, as câmeras começaram a coletar essas imagens em um ritmo ainda mais rápido, a cada 10 minutos.
As imagens foram usadas para desenvolver curvas de luz – gráficos de mudança de brilho – para quase 24 milhões de estrelas ao longo de 27 dias, o período de tempo que TESS olha para cada faixa do céu. Para filtrar esse imenso acúmulo de medições, Hon e seus colegas ensinaram um computador a reconhecer gigantes pulsantes. A equipe usou o aprendizado de máquina, uma forma de inteligência artificial que treina computadores para tomar decisões com base em padrões gerais, sem programá-los explicitamente.
Para treinar o sistema, a equipe usou curvas de luz Kepler para mais de 150.000 estrelas, das quais cerca de 20.000 eram gigantes vermelhas oscilantes. Quando a rede neural terminou de processar todos os dados do TESS, ela identificou um coro de 158.505 gigantes pulsantes.
Em seguida, a equipe encontrou as distâncias para cada gigante usando dados da missão Gaia da ESA (Agência Espacial Européia) e traçou as massas dessas estrelas no céu. Estrelas mais massivas que o Sol evoluem mais rápido, tornando-se gigantes em idades mais jovens. Uma previsão fundamental na astronomia galáctica é que estrelas mais jovens e de maior massa deveriam estar mais próximas do plano da galáxia, que é marcado pela alta densidade de estrelas que criam a faixa brilhante da Via Láctea no céu noturno.
“Nosso mapa demonstra pela primeira vez empiricamente que este é realmente o caso em quase todo o céu”, disse o co-autor Daniel Huber, professor assistente de astronomia na Universidade do Havaí. “Com a ajuda de Gaia, a TESS já nos deu ingressos para um show do gigante vermelho no céu.”
TESS é uma missão Astrophysics Explorer da NASA liderada e operada pelo MIT em Cambridge, Massachusetts, e gerenciada pelo Goddard Space Flight Center da NASA. Parceiros adicionais incluem Northrop Grumman, com sede em Falls Church, Virginia; Centro de Pesquisa Ames da NASA no Vale do Silício da Califórnia; o Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian em Cambridge, Massachusetts; Laboratório Lincoln do MIT; e o Space Telescope Science Institute em Baltimore. Mais de uma dezena de universidades, institutos de pesquisa e observatórios em todo o mundo são participantes da missão.
Publicado em 09/08/2021 08h05
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