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Estrelas revelam o segredo da juventude

Estrelas revelam o segredo da juventude
Aglomerados estelares são formações muito antigas, mas alguns parecem ser especialmente jovens de espírito. [Imagem: ESO/F. Ferraro(Universidade de Bologna)]

Jovens de espírito

Algumas pessoas estão em grande forma aos 90 anos, enquanto outras podem estar quase decrépitas aos 50 - o ritmo com que uma pessoa envelhece está relacionada com a idade, mas pode ter uma relação até mais forte com o estilo de vida que ela leva.

Parece que o mesmo acontece com as estrelas.

Os aglomerados globulares são coleções esféricas de estrelas, fortemente ligadas entre si pela gravidade. São relíquias dos primórdios do Universo, com idades típicas de 12 a 13 bilhões de anos (o Big Bang é posto pelos astrônomos a 13,7 bilhões de anos no passado).

Existem cerca de 150 aglomerados globulares na Via Láctea, que contêm muitas das estrelas mais velhas da nossa Galáxia.

Mas, embora as estrelas sejam velhas e os aglomerados tenham-se formado em um passado distante, com o auxílio do telescópio terrestre do ESO e do Telescópio Espacial Hubble, os astrônomos descobriram que alguns destes aglomerados ainda são jovens de espírito.

"Embora estes aglomerados tenham todos se formado há vários bilhões de anos," diz Francesco Ferraro (Universidade de Bolonha, Itália), líder da equipe que fez a descoberta, "começamos a pensar se alguns estariam envelhecendo mais depressa ou mais devagar que os outros. Ao estudar a distribuição de um tipo de estrela azul que existe nos aglomerados, descobrimos que alguns deles se desenvolveram efetivamente muito mais depressa, e encontramos uma maneira de medir a taxa de envelhecimento."

Retardatárias azuis

Os aglomerados estelares formam-se em um curto espaço de tempo, o que significa que todas as estrelas no seu interior tendem a ter a mesma idade.

No entanto, como as estrelas brilhantes de elevada massa queimam muito depressa o seu combustível, e os aglomerados globulares são muito velhos, deveria haver apenas estrelas de pequena massa ainda brilhando no seu interior.

No entanto, parece que não é isto que se passa: em determinadas circunstâncias, as estrelas podem receber um novo surto de vida, ao receberem uma quantidade extra de matéria que as faz crescer e as torna substancialmente mais brilhantes.

Isto pode acontecer se uma estrela suga matéria de uma companheira próxima, ou se as estrelas colidem entre si. Estas estrelas revigoradas chamam-se retardatárias azuis e tanto a sua massa elevada como o seu brilho são o cerne deste estudo.

Elas são chamadas de retardatárias azuis devido à sua cor azul e ao fato da sua evolução ficar atrás da das suas vizinhas.

Envelhecimento das estrelas

As estrelas mais pesadas deslocam-se para o interior do aglomerado, à medida que o aglomerado envelhece, num processo semelhante à sedimentação.

Como as retardatárias azuis têm massas elevadas, estas estrelas são muito afetadas por este processo, enquanto o seu brilho intenso torna-as relativamente fáceis de observar.

Para compreender melhor o processo de envelhecimento dos aglomerados, a equipe mapeou a localização das estrelas retardatárias azuis em 21 aglomerados globulares - o Hubble forneceu imagens de alta resolução dos centros compactos de 20 dos aglomerados, enquanto as imagens obtidas no solo forneceram uma visão mais geral das regiões exteriores menos compactas.

Ao analisar os dados observacionais, a equipe descobriu que alguns aglomerados parecem jovens, com as estrelas retardatárias azuis distribuídas por todo o aglomerado, enquanto que um maior grupo de aglomerados se apresenta mais velho, com todas as estrelas retardatárias azuis localizadas no centro.

Um terceiro grupo parece estar no processo de envelhecer, com as estrelas mais próximas do núcleo migrando primeiro para o interior, e depois as estrelas cada vez mais exteriores deslocando-se progressivamente na direção do centro.

Idades complicadas

"Uma vez que estes aglomerados se formaram mais ou menos todos ao mesmo tempo, este estudo revela enormes diferenças na taxa de evolução dos aglomerados," disse Barbara Lanzoni (Universidade de Bolonha, Itália), coautora do estudo. "No caso dos aglomerados que evoluem depressa, pensamos que o processo de sedimentação fique completo em algumas centenas de milhões de anos, enquanto que os que evoluem mais lentamente levariam várias vezes a idade atual do Universo para completar este processo."

À medida que as estrelas mais pesadas do aglomerado se deslocam em direção ao centro, o aglomerado sofre eventualmente um fenômeno chamado colapso do núcleo, onde o centro do aglomerado se compacta de modo extremamente denso.

Os processos que levam ao colapso do núcleo são bem compreendidos, e estão diretamente relacionados com o número, a densidade e a velocidade a que se deslocam as estrelas.

No entanto, a taxa à qual isto acontece não era conhecida até agora. Este estudo fornece a primeira prova empírica sobre a que velocidade envelhecem os diferentes aglomerados globulares.

Tal taxa depende de uma maneira complexa do número de estrelas, da sua densidade e da sua velocidade no interior do aglomerado. Enquanto as duas primeiras quantidades são relativamente fáceis de medir, a velocidade já não o é. Por esta razão, as estimativas feitas anteriormente da taxa de envelhecimento dinâmico dos aglomerados globulares eram baseadas apenas em argumentos teóricos, enquanto este novo método permite realizar uma medição totalmente empírica.

Tipos de estrelas

As estrelas retardatárias azuis combinam o fato de serem relativamente brilhantes e terem massa elevada, relativamente ao tipo de estrelas que costumam aparecer nos aglomerados globulares.

Não são, no entanto, as únicas estrelas no seio destes aglomerados que são ou brilhantes ou de elevada massa.

As estrelas gigantes vermelhas são mais brilhantes, mas têm uma massa muito menor e portanto não são afetadas pelo processo de sedimentação da mesma maneira - é fácil distingui-las das retardatárias azuis devido à cor muito diferente que apresentam.

As estrelas de nêutrons - núcleos extremamente densos de estrelas muito maiores que o Sol, que explodiram há bilhões de anos atrás, na fase inicial dos aglomerados globulares - têm massa semelhante à das retardatárias azuis e são afetadas pelo processo de sedimentação, mas são bastante difíceis de observar e por isso não são boas candidatas a estudos como esse.

As retardatárias azuis são as únicas estrelas no interior destes aglomerados que combinam massa elevada e brilho intenso.

Bibliografia:

Dynamical age differences among coeval star clusters as revealed by blue stragglers
F. R. Ferraro, B. Lanzoni, E. Dalessandro, G. Beccari, M. Pasquato, P. Miocchi, R. T. Rood, S. Sigurdsson, A. Sills, E. Vesperini, M. Mapelli, R. Contreras, N. Sanna, A. Mucciarelli
Nature Physics
Vol.: 492, 393-395
DOI: 10.1038/nature11686




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