Levantamento de estrelas binárias de alta massa

Os resultados do estudo, integrante de um projeto de pós-doutorado realizado com Bolsa da FAPESP, foram descritos em um artigo publicado na revista Astronomy & Astrophysics.

“Com a identificação e caracterização dessas 82 estrelas binárias de alta massa conseguimos mais que duplicar o número desses objetos e em uma região completamente nova, com condições muito distintas das encontradas na Via Láctea”, disse Leonardo Andrade de Almeida, pós-doutorando no IAG-USP e primeiro autor do estudo, à Agência FAPESP.

Sob a supervisão de Augusto Damineli Neto, professor do IAG e também um dos autores do estudo, Almeida analisou os dados obtidos durante as campanhas de observação VLT-Flames Tarantula Survey e The Tarantula Massive Binary Monitoring, realizadas pelo Observatório Europeu do Sul (ESO) a partir de 2011.

Por meio de um espectrógrafo chamado Giraffe/Flames, acoplado ao VLT – um dos telescópios com espelho primário de 8 metros de diâmetro em operação no ESO, no deserto do Atacama, no Chile –, foram obtidas durante as campanhas de observação espectros (decomposição da luz em diversas cores) de mais de 800 objetos de alta massa na região de Tarântula, que recebeu esse nome em razão da semelhança com a forma do aracnídeo.

Desse total de mais de 800 objetos observados, os astrônomos integrantes dos dois projetos identificaram 100 candidatas a estrelas binárias de mais alta massa – também classificadas como estrelas de tipo espectral O – em uma amostra de 360 estrelas com base em parâmetros como a amplitude da variação de suas velocidades radiais – a velocidade com que o objeto se afasta ou se aproxima do observador na Terra.

Em colaboração com colegas do exterior, Almeida analisou durante os últimos dois anos essas 100 candidatas a estrelas binárias de alta massa com o espectrógrafo Giraffe/Flames e conseguiu caracterizar completamente 82 delas.

“Isso representa o maior levantamento e caracterização espectroscópica de sistemas binários de alta massa já realizados, e só foi possível em razão da capacidade tecnológica do espectrógrafo Giraffe/Flames”, afirmou.

O instrumento científico, desenvolvido pelo ESO, permite obter espectros de uma combinação de objetos de uma única vez. Ao acoplá-lo ao VLT também foi possível observar objetos mais fracos, uma vez que, como o telescópio possui um espelho grande, é possível coletar mais luz, explicou Almeida.

“Por meio do Giraffe/Flames é possível coletar 136 espectros em uma única observação”, disse. “Isso não era possível de ser feito no passado, quando tínhamos instrumentos que possibilitavam observar objetos individuais e levava-se muito tempo para caracterizá-los”, comparou.

Grandes semelhanças

As análises das medidas espectroscópicas das 82 estrelas binárias de alta massa indicaram que suas propriedades – como a razão de massa, o período orbital (o tempo que levam para realizar uma órbita completa) e excentricidade da órbita (o afastamento de uma órbita da forma circular) – são muito semelhantes às das observadas na Via Láctea.

Esse resultado era inesperado, uma vez que a Grande Nuvem de Magalhães representa uma fase do Universo anterior à Via Láctea, quando foi formado o maior número de estrelas de alta massa. Por isso, apresenta metalicidade – a proporção de matéria constituída de elementos químicos diferentes de hidrogênio e hélio (os dois átomos primordiais que deram origem às primeiras estrelas) – correspondente à metade das estrelas binárias encontradas na Via Láctea, cuja metalicidade é muita próxima à da solar.

“No início do Universo, a metalicidade das estrelas era baixa. Com a evolução química, elas foram adquirindo mais metais em sua composição”, afirmou Almeida.

Segundo ele, a análise feita agora durante o estudo das estrelas binárias encontradas na Grande Nuvem de Magalhães provê as primeiras restrições diretas sobre propriedades de binárias massivas em galáxias com formação estelar na época do Universo, em que a metalicidade era igual à da Grande Nuvem de Magalhães.

“As descobertas feitas durante o estudo podem proporcionar medidas melhores para a realização de simulações mais realísticas de como as estrelas de alta massa evoluíram nas diferentes fases do Universo”, estimou Almeida.

“Com isso, será possível ter estimativas mais precisas da taxa de formação de buracos negros, estrelas de nêutrons e supernovas, por exemplo, para todas as épocas do Universo”, indicou.

As estrelas de alta massa são as mais importantes na evolução química do Universo, uma vez que, como são mais massivas, geram metais pesados, evoluem mais rapidamente e terminam suas vidas como supernovas, jogando todo o material no meio interestelar. Esse material é reciclado, dando origem a uma nova população de estrelas.

Usualmente as estimativas da evolução química do Universo e de previsões astrofísicas sobre o número de buracos negros no cosmos, contudo, só levavam em conta as estrelas isoladas, como o Sol, que evolui de maneira mais simples, ponderou o pesquisador.

“Quando se incluem as estrelas binárias para fazer essas projeções, o resultado muda dramaticamente. Por isso, para se fazer uma predição astrofísica mais precisa é necessário levar esses objetos massivos em consideração”, apontou.

O artigo “The Tarantula Massive Binary Monitoring: I. Observational campaign and OB-type spectroscopic binaries” (doi: 10.1051/0004-6361/201629844), de Almeida e outros, pode ser lido na revista Astronomy & Astrophysics