Pesando estrelas ultra frias

2004-09-13

O sistema binário 2MASSW J0746425+2000321 nas diferentes posições orbitais da estrela companheira entre 2000 e 2004. As 7 imagens aqui representadas foram obtidas da seguinte forma (da esquerda para a direita): 25/04/2000, pelo Hubble, 07/02/2002, pelo Gemini Norte, 21/10/2002, pelo Hubble, 18/02/2003 e 22/03/2003 pelo VLT, 04/12/2003 pelo Keck I, e 09/01/2004 pelo Hubble. Crédito: ESO.
Apesar dos astrónomos terem já descoberto várias centenas de anãs castanhas
anã castanha
A anã castanha é uma estrela falhada cuja massa é insuficiente para permitir a fusão nuclear do hidrogénio em hélio no seu centro. No início das suas vidas, as anãs castanhas têm a fusão de deutério no seu núcleo central. Mesmo depois de esgotarem o deutério, as anãs castanhas radiam por conversão de energia potencial gravítica em calor e, como tal, emitem fortemente no domínio do infravermelho. De acordo com modelos, a massa máxima que uma anã castanha pode ter é de 0,08 massas solares (ou 80 massas de Júpiter). Estes objectos representam o elo que falta entre as estrelas de pequena massa e os planetas gasosos gigantes como Júpiter.
e estrelas
estrela
Uma estrela é um objecto celeste gasoso que gera energia no seu núcleo através de reacções de fusão nuclear. Para que tal possa suceder, é necessário que o objecto possua uma massa superior a 8% da massa do Sol. Existem vários tipos de estrelas, de acordo com as suas temperaturas efectivas, cores, idades e composição química.
de muito pequena massa
massa
A massa é uma medida da quantidade de matéria de um dado corpo.
, as propriedades fundamentais destes objectos extremos, tais como massa e temperatura à superfície, são ainda em larga medida desconhecidas. Este tipo de estrela representa uma classe de objectos intermédios entre os planetas
planeta
Um planeta é um objecto que se forma no disco que circunda uma estrela em formação e cuja massa é superior à de Plutão (1/500 da massa da Terra) e inferior a 10 vezes a massa de Júpiter. Ao contrário das estrelas, os planetas não produzem luz, apenas reflectem a luz da estrela que orbitam.
gigantes, como Júpiter
Júpiter
Júpiter é o quinto planeta mais próximo do Sol. Com um diâmetro cerca de 11 vezes maior do que a Terra e uma massa mais de 300 vezes superior, é o maior planeta do Sistema Solar e o primeiro dos planetas gigantes gasosos.
, e estrelas normais de massa menor que a do Sol
Sol
O Sol é a estrela nossa vizinha, que se encontra no centro do Sistema Solar. Trata-se de uma estrela anã adulta (dita da sequência principal) de classe espectral G. A temperatura na sua superfície é aproximadamente 5800 graus centígrados e o seu raio atinge os 700 mil quilómetros.
. Consequentemente, perceber esta classe de objectos é algo de fundamental no domínio da Astrofísica Estelar.

O problema com estes objectos muito frios é que, contrariamente ao que se passa com as estrelas adultas normais (que queimam hidrogénio nos seus núcleos), não existe uma relação bem determinada entre a massa da estrela e a sua luminosidade
luminosidade
A luminosidade (L) é a quantidade de energia que um objecto celeste emite por unidade de tempo e em determinado comprimento de onda, ou em determinada banda de comprimentos de onda.
. Na verdade, a luminosidade e a temperatura à superfície destes objectos depende simultaneamente da sua idade e da sua massa. Isto significa que uma estrela ultra fria velha, e de maior massa, pode ter exactamente a mesma temperatura à superfície que uma outra estrela ultra fria mais jovem e de menor massa. Portanto, obter de forma independente a massa de uma estrela ultra fria é actualmente um ponto absolutamente crucial da Astrofísica Moderna neste domínio. Em princípio, isto é possível através do estudo de estrelas ultra frias em sistemas binários.

Isto é precisamente o que uma equipa internacional de astrónomos tem vindo a fazer nos últimos quatro anos. Usando observações realizadas a partir do solo com os telescópios VLT
Very Large Telescope (VLT)
O Very Large Telescope é um observatório operado pelo Observatório Europeu do Sul (ESO) e localizado no Cerro Paranal, no deserto de Atacama, no Chile. O VLT é composto por 4 telescópios de 8,2 m de diâmetro que podem trabalhar simultaneamente, constituindo um interferómetro óptico, ou independentemente.
(ESO
European Southern Observatory (ESO)
O Observatório Europeu do Sul é uma organização europeia de Astronomia para o estudo do céu austral fundada em 1962. Conta actualmente com a participação de 10 países europeus e ainda do Chile. Portugal tornou-se membro do ESO em 1 de Janeiro de 2001, no seguimento de um acordo de cooperação que durou cerca de 10 anos.
), Keck I
W. M. Keck Observatory
O Observatório W. M. Keck é operado pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) e pela NASA, e encontra-se localizado em Mauna Kea, no Havai. O observatório é constituído por dois telescópios gémeos de 10 metros, o Keck I e o Keck II.
, Gemini Norte
Observatório Gemini
O Observatório Gemini é constituído por dois telescópios idênticos de 8,1 metros, um no Observatório de Mauna Kea, no Havai (Gemini Norte) e outro no Cerro Pachón, no Chile (Gemini Sul). As localizações estratégicas dos telescópios providenciam uma cobertura total do céu do Norte e do Sul. O Gemini é um consórcio internacional entre os Estados Unidos da América, o Reino Unido, o Canadá, o Chile, a Austrália, a Argentina e o Brasil, e é operado pela AURA.
, e ainda observações com Telescópio Espacial Hubble
Hubble Space Telescope (HST)
O Telescópio Espacial Hubble é um telescópio espacial que foi colocado em órbita da Terra em 1990 pela NASA, em colaboração com a ESA. A sua posição acima da atmosfera terrestre permite-lhe observar os objectos astronómicos com uma qualidade ímpar.
(NASA
National Aeronautics and Space Administration (NASA)
Entidade norte-americana, fundada em 1958, que gere e executa os programas espaciais dos Estados Unidos da América.
/ESA
European Space Agency (ESA)
A Agência Espacial Europeia foi fundada em 1975 e actualmente conta com 15 países membros, incluindo Portugal.
), o sistema binário 2MASSW J0746425+2000321, situado a cerca de 40 anos-luz
ano-luz (al)
O ano-luz (al) é uma unidade de distância igual a 9,467305 x 1012 km, que corresponde à distância percorrida pela luz, no vácuo, durante um ano.
da Terra, foi estudado detalhadamente.

Os astrónomos usaram imagens de elevada resolução angular de modo a detectar ambas as estrelas do sistema binário, e de modo a medir o seu movimento no céu ao longo de um período de 4 anos. Contudo, tal tarefa é muito complicada, uma vez que a separação angular das duas estrelas é muito pequena, entre 0,13 e 0,22 segundos de arco
segundo de arco (")
O segundo de arco (") é uma unidade de medida de ângulos, ou arcos de circunferência, correspondente a 1/60 de minuto de arco, ou seja, 1/3600 de grau.
(o que equivale ao tamanho angular de uma moeda de 1 Euro observada a 25 km de distância).

Devido à turbulência atmosférica, estas resoluções angulares não se conseguem atingir normalmente, a não ser que se recorra à técnica da óptica adaptativa
óptica adaptativa
A técnica de óptica adaptativa é um sistema óptico que se instala nos telescópios terrestres por forma a corrigir, em tempo real, os efeitos da turbulência atmosférica.
. Esta permite aferir a qualidade das imagens obtidas em tempo real e, por via computadorizada, efectua pequenas correcções no espelho secundário deformável, à razão de até 100 correcções por segundo, neutralizando o efeito perturbador da turbulência na atmosfera terrestre
atmosfera terrestre
A atmosfera terrestre é composta por um conjunto de camadas gasosas que envolvem a Terra. Estas camadas são designadas por Troposfera (da superfície da Terra até cerca de 10 km de altitude), Estratosfera (10 - 50 km), Mesosfera (50 - 100 km), Termosfera (100 - 400 km) e Exosfera (acima dos 400 km).
.

Durante o período de 4 anos, usando as 7 observações realizadas (ver imagem ao lado), os astrónomos determinaram os parâmetros orbitais do sistema. O período é de cerca de 10 anos, e a sua separação é cerca de 2,5 vezes a distância da Terra ao Sol. Pelo terceira Lei de Kepler
Leis de Kepler
As três Leis de Kepler do movimento planetário que descrevem as propriedades das órbitas elípticas são: 1ª- As órbitas planetárias são elipses em que o Sol é um dos focos; 2ª- (Lei das Áreas) no movimento orbital, áreas iguais são varridas em tempos iguais; 3ª- O quadrado do período é proporcional ao cubo da distância: P2=[4π2/ G(m1+m2)] a3.
foi então deduzida a massa total do sistema, inferior a 15% da massa do Sol
massa solar
Massa solar é a quantidade de massa existente no Sol e, simultaneamente, a unidade na qual os astrónomos exprimem as massas das estrelas, nebulosas e galáxias. Uma massa solar é igual a 1,989x1030 kg.
.

Usando os dados fotométricos de cada objecto em vários comprimentos de onda
comprimento de onda
Designa-se por comprimento de onda a distância entre dois pontos sucessivos de amplitude máxima (ou mínima) de uma onda.
, e ainda os espectros obtidos com o telescópio Hubble, as duas estrelas forma estudadas em detalhe. A partir dos modelos estelares mais recentes, elaborados pelo grupo de investigadores de Lyon (França), os astrónomos descobriram que ambas as estrelas possuem uma temperatura de superfície de cerca de 1800 K, valor bem inferior aos 5600 K na superfície do Sol. As massas das estrelas são estimadas em 7,5%-9,5% da massa do Sol para a principal componente, e 5%-7% da massa do Sol para a companheira. A partir de modelos teóricos, concluíram que as estrelas são razoavelmente jovens, com idades entre 500 e 1000 milhões de anos.

Objectos com massas inferiores a 7% da massa do Sol foram designados como anãs castanhas, estrelas falhadas, ou até super planetas. De facto, dado que tais objectos não são alimentados nos seus núcleos por reacções nucleares que transformem hidrogénio em hélio (como acontece com as estrelas adultas normais), muitas das suas propriedades aproximam-se mais das propriedades dos planetas gasosos gigantes do nosso Sistema Solar
Sistema Solar
O Sistema Solar é constituído pelo Sol e por todos os objectos que lhe estão gravitacionalmente ligados: planetas e suas luas, asteróides, cometas, material interplanetário.
(como Júpiter) do que das propriedades de estrelas como o Sol.

O sistema 2MASSW J0746425+2000321 parece pois ser formado por uma anã castanha que orbita uma estrela anã
estrela anã
Uma estrela anã, também dita estrela da sequência principal, é uma estrela não evoluída, que ainda se encontra na fase de fusão do hidrogénio em hélio, no seu núcleo.
ultra fria, de massa apenas ligeiramente superior. Estes dados são cruciais pois representam um passo decisivo na calibração dos modelos de evolução estelar para estrelas de muito pequena massa.

Fonte da notícia: http://www.eso.org/outreach/press-rel/pr-2004/pr-16-04.html