Uma estrela de carbono morreu misteriosamente

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ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Os cientistas observaram, pela primeira vez, o misterioso “leito de morte” de uma estrela AGB rica em carbono

Cientistas que estudavam V Hydrae (V Hya) testemunharam o misterioso “leito de morte” da estrela em detalhes sem precedentes.

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e dados do Telescópio Espacial Hubble, a equipa descobriu seis anéis em expansão lenta e duas estruturas em forma de ampulheta provocadas pela ejeção de material a subida velocidade para o espaço.

Os resultados do estudo foram publicados em fevereiro no The Astrophysical Journal.

V Hya é uma estrela AGB (asymptotic giant branch) rica em carbono localizada a aproximadamente 1300 anos-luz da Terreno na direção da constelação de Hidra.

Mais de 90% das estrelas com uma volume igual ou superior à do Sol evoluem para estrelas AGB à medida que o combustível necessário para cevar os processos nucleares é removido.

Entre estes milhões de estrelas, V Hya tem sido de privado interesse para os cientistas devido aos seus comportamentos e características tão singulares, incluindo erupções de plasma a escalas extremas que ocorrem aproximadamente a cada 8,5 anos e a presença de uma estrela companheira quase invisível que contribui para o comportamento explosivo de V Hya.

“O nosso estudo confirma dramaticamente que o padrão tradicional de uma vez que as estrelas AGB morrem – através da ejeção em volume de combustível via um vento lento, relativamente seguro e esférico ao longo de 100.000 anos ou mais – está, na melhor das hipóteses, incompleto, ou na pior, incorreto,” disse Raghvendra Sahai, astrónomo no JPL da NASA e investigador principal do estudo.

“É muito provável que uma companheira estelar ou subestelar próxima desempenhe um papel significativo nas suas mortes, e a compreensão da física das interações binárias é importante tanto na astrofísica uma vez que um dos seus maiores desafios”, explica Sahai.

No caso de V Hya, a combinação de uma estrela companheira próxima e de uma hipotética companheira distante é responsável, pelo menos em certa medida, pela presença dos seus anéis e pelos fluxos velozes que estão a provocar a morte miraculosa da estrela”, acrescenta o astrónomo.

Segundo Mark Morris, astrónomo da UCLA (Universidade da Califórnia, Los Angeles) e coautor da investigação, “V Hydra foi apanhada no processo de libertação da sua atmosfera – a maior segmento da sua volume – o que é um tanto que a maior segmento das estrelas gigantes vermelhas em período final fazem”.

“Para nossa surpresa, descobrimos que a material, neste caso, está a ser expelida uma vez que uma série de anéis de escoamento. Esta é a primeira e única vez que alguém viu que o gás a ser expelido de uma estrela AGB pode ser expelido sob a forma de ‘anéis de fumo’ em expansão”, explica.

Os seis anéis expandiram-se para longe de V Hya ao longo de mais ou menos 2100 anos, acrescentando material e impulsionando o desenvolvimento de uma estrutura de subida densidade em forma de disco deformado à volta da estrela. A equipa apelidou esta estrutura de DUDE (Disk Undergoing Dynamical Expansion).

“O estado final da evolução estelar – quando as estrelas passam da período de gigante vermelha e terminam uma vez que uma anã branca – é um processo múltiplo que não é muito entendido,” disse Morris.

“A invenção de que nascente processo pode envolver a ejeção de anéis de gás, em simultâneo com a produção de jatos intermitentes de material a subida velocidade, dá origem a uma novidade e fascinante ‘perturbação’ à nossa exploração de uma vez que as estrelas morrem.”

Sahai acrescenta que “V Hya está na breve, mas sátira período de transição que não dura muito tempo e é difícil encontrar estrelas nesta período, ou melhor, apanhá-las em flagrante“, explica.

“Tivemos sorte e fomos capazes de imaginar todos os diferentes fenómenos de perda de volume em V Hya para compreender melhor uma vez que as estrelas moribundas perdem volume no final das suas vidas”, acrescenta o astrónomo.

Para além de um conjunto completo de anéis em expansão e de um disco deformado, o ato final de V Hya apresenta duas estruturas em forma de ampulheta – e uma estrutura suplementar em forma de jato – que se estão a expandir a velocidades elevadas de mais de 240 km/s.

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Os cientistas que estudam a estrela moribunda rica em carbono V Hya descobriram seis anéis em lenta expansão que se formam à medida que a estrela expulsa a sua material. Visto cá nesta constituição, estes anéis de escoamento e a estrutura de roda difuso do sexto aro são moderadamente visíveis na risca de emissão de isótopos de carbono de 12CO, e tornam-se muito definidos nas vistas dos isótopos de carbono de 13CO. Estes anéis fazem segmento de uma história anteriormente desconhecida sobre a morte de estrelas e estão a ajudar os cientistas a desvendar o que acontece no “ato final”.

Estas estruturas em forma de ampulheta já tinham sido observadas anteriormente em nebulosas planetárias, incluindo MyCn 18 – também chamada de Nebulosa da Ampulheta -, uma jovem nebulosa de emissão localizada a saudação de 8000 anos-luz da Terreno na direção da constelação do hemisfério sul da Mosca, e na mais conhecida Nebulosa Caranguejo do Sul, uma nebulosa de emissão localizada a aproximadamente 7000 anos-luz da Terreno na direção da constelação de Centauro.

“Observámos pela primeira vez a presença de fluxos velozes em 1981. Depois, em 2022, encontrámos um fluxo em forma de jato constituído por bolhas de plasma compactas ejetadas a subida velocidade a partir de V Hya”, explica Sahai.

“E agora, a nossa invenção de fluxos de grande angular em V Hya liga os pontos, revelando uma vez que todas estas estruturas podem ser criadas durante a período evolutiva em que esta estrela gigante vermelha extraluminosa está agora”, acrescenta.

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Devido tanto à pausa uma vez que à densidade da poeira que envolve a estrela, o estudo de V Hya exigiu um instrumento único com o poder de ver claramente a material que está ao mesmo tempo muito longe e é também difícil ou impossível de detetar com a maioria dos telescópios óticos.

A equipa alistou os recetores de Filarmónica 6 (1,23 mm) e Filarmónica 7 (0,85 mm) do ALMA, que revelaram os múltiplos anéis e os fluxos da estrela com grande perspicuidade.

“Os processos que ocorrem nas fases finais das estrelas de baixa volume, e durante a período AGB em privado, há muito que fascinam os astrónomos e têm sido difíceis de compreender,” disse Joe Pesce, astrónomo e solene do programa NSF para o NRAO/ALMA.

“As capacidades e a solução do ALMA estão finalmente a permitir-nos testemunhar estes eventos com o insólito pormenor necessário para fornecer algumas respostas e melhorar a nossa compreensão de um evento que acontece à maioria das estrelas no Universo”, acrescenta Pesce.

Segundo explica Raghvendra Sahai, a incorporação de dados infravermelhos, óticos e ultravioleta no estudo criou uma imagem completa em vários comprimentos de vaga do que poderia ser um dos maiores espetáculos da Via Láctea, pelo menos para os astrónomos.

“De cada vez que observamos V Hya com novas capacidades de reparo, torna-se mais e mais uma vez que um circo, caracterizada por uma variedade ainda maior de proezas impressionantes”, diz o astrónomo.

“V Hydrae tem-nos impressionado com os seus múltiplos anéis e atos, e oferecido que o nosso próprio Sol pode um dia ter um fado semelhante, tem toda a nossa atenção”, conclui.

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