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Bolhas gigantes na superfície de estrela gigante vermelha

20 de Dezembro de 2017

Com o auxílio do Very Large Telescope do ESO, os astrónomos observaram diretamente pela primeira vez padrões de granulação na superfície de uma estrela exterior ao Sistema Solar — a gigante vermelha π1 Gruis. Esta nova imagem obtida com o instrumento PIONIER revela as células convectivas que constituem a superfície desta enorme estrela — com um diâmetro 350 vezes maior que o do Sol. Cada célula cobre mais de um quarto do diâmetro da estrela e tem cerca de 120 milhões de km de comprimento. Estes novos resultados são publicados esta semana na revista Nature.

Situada a 530 anos-luz de distância da Terra na constelação do Grou, a π1 Gruis é uma estrela gigante vermelha fria. Possui cerca da mesma massa do Sol, mas é 350 vezes maior e vários milhares de vezes mais brilhante [1]. O nosso Sol irá também aumentar de tamanho, tornando-se uma gigante vermelha semelhante a esta, daqui a cerca de 5 mil milhões de anos.

Uma equipa internacional de astrónomos liderada por Claudia Paladini (ESO) usou o instrumento PIONIER montado no Very Large Telescope do ESO para observar a π1 Gruis com o maior detalhe conseguido até à data. A equipa descobriu que a superfície desta gigante vermelha tem apenas algumas células convectivas, ou grânulos, cada um com cerca de 120 milhões de km de dimensão — cerca de um quarto do diâmetro da estrela [2]. Em termos de comparação, um destes grânulos estender-se-ia desde o Sol até para além da órbita de Vénus. As superfícies — chamadas fotosferas — de muitas estrelas gigantes encontram-se obscurecidas por poeira, o que dificulta as observações. No entanto, no caso da π1 Gruis, e apesar de haver poeira longe da estrela, este efeito não é significativo nas novas observações infravermelhas [3].

Quando a π1 Gruis gastou todo o hidrogénio que tinha para queimar, há muito tempo atrás, esta estrela anciã terminou a primeira fase da sua fusão nuclear. A estrela diminuiu de tamanho quando ficou sem energia, o que fez com que aquecesse a uma temperatura de mais de 100 milhões de graus. Estas temperaturas extremas deram origem à próxima fase da estrela, que começou então a queimar hélio, transformando-o em átomos mais pesados como o carbono e o oxigénio. O núcleo intensamente quente expeliu as camadas mais exteriores da estrela, fazendo com que esta aumentasse o seu tamanho em centenas de vezes relativamente ao tamanho original. A estrela que vemos hoje é uma gigante vermelha variável. Até agora, a superfície de uma destas estrelas nunca tinha sido observada com tanto detalhe.

Em termos de comparação, a fotosfera do Sol contém cerca de 2 milhões de células convectivas, com diâmetros típicos de apenas 2000 km. A enorme diferença nas células convectivas destas duas estrelas pode ser explicada em parte pelas suas gravidades de superfície variáveis. A π1 Gruis tem apenas 1,5 vezes a massa do Sol mas é muito maior, o que resulta numa gravidade de superfície muito menor e em apenas alguns grânulos extremamente grandes.

Enquanto estrelas com massas maiores que 8 massas solares terminam as suas vidas em explosões de supernova, as estrelas com menos massa, como esta, expelem gradualmente as suas camadas exteriores, dando origem a bonitas nebulosas planetárias. Estudos anteriores da π1 Gruis tinham revelado uma concha de material a 0,9 anos-luz de distância da estrela central, que se pensa ter sido ejetada há cerca de 20 000 anos atrás. Este período relativamente curto da vida de uma estrela dura apenas algumas dezenas de milhares de anos — comparado com a vida total de cerca de vários milhares de milhões — e por isso estas observações mostram um novo método para investigar esta fase fugidia das gigantes vermelhas.

Notas

[1] O nome π1 Gruis vem do sistema de designação Bayer. Em 1603 o astrónomo alemão Johann Bayer classificou 1564 estrelas, dando-lhes nomes compostos por uma letra grega seguida do nome da constelação onde se encontravam. De modo geral, dava-se às estrelas nomes com letras gregas relativas ao seu brilho aparente quando vistas a partir da Terra, sendo que a mais brilhante era designada por Alfa (α). A estrela mais brilhante da constelação do Grou é por isso designada Alfa Gruis.

A π Gruis corresponde, na realidade, a um par de estrelas de cores contrastantes que nos aparecem próximas no céu, a segunda naturalmente com o nome de π2 Gruis. São estrelas suficientemente brilhantes para poderem ser observadas com um par de binóculos. Nos anos 1830 Thomas Brisbane notou que a π1 Gruis era ela própria um sistema binário de estrelas situado muito mais próximo de nós. Annie Jump Cannon, a quem se atribui a criação do Sistema de Classificação Espectral de Harvard, foi a primeira a descobrir, em 1895, o espectro invulgar de π1 Gruis.

[2] Os grânulos são padrões de correntes de convecção no plasma de uma estrela. À medida que o plasma aquece no centro da estrela, expande-se e sobe até à superfície, arrefecendo depois nas fronteiras mais exteriores e tornando-se mais escuro e denso, descendo por isso de volta ao centro. Este processo continua durante milhares de milhões de anos, desempenhando um papel principal em muitos processos astrofísicos, incluindo transporte de energia, pulsação, ventos estelares e nuvens de poeira em anãs castanhas.

[3] A π1 Gruis é um dos membros mais brilhantes da rara classe S de estrelas, a qual foi inicialmente definida pelo astrónomo americano Paul W. Merrill para agrupar estrelas com espectros similarmente invulgares. As estrelas π1 Gruis, R Andromedae e R Cygni tornaram-se os protótipos deste tipo. Os seus invulgares espectros são agora conhecidos como sendo o resultado do “processo-s” ou “processo de captura lenta de neutrões” — responsável pela criação de metade dos elementos mais pesados que o ferro.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “Large granulation cells on the surface of the giant star π1 Gruis”, de C. Paladini et al., publicado na revista Nature a 21 de Dezembro de 2017.

A equipa é composta por C. Paladini (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruxelas, Bélgica; ESO, Santiago, Chile), F. Baron (Georgia State University, Atlanta, Georgia, EUA), A. Jorissen (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruxelas, Bélgica), J.-B. Le Bouquin (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, França), B. Freytag (Universidade Uppsala, Uppsala, Suécia), S. Van Eck (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruxelas, Bélgica), M. Wittkowski (ESO, Garching, Alemanha), J. Hron (Universidade de Viena, Viena, Áustria), A. Chiavassa (Laboratoire Lagrange, Université de Nice Sophia-Antipolis, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, Nice, França), J.-P. Berger (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, França), C. Siopis (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruxelas, Bélgica), A. Mayer (Universidade de Viena, Viena, Áustria), G. Sadowski (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruxelas, Bélgica), K. Kravchenko (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruxelas, Bélgica), S. Shetye (Institut d’Astronomie et d’Astrophysique, Université libre de Bruxelles, Bruxelas, Bélgica), F. Kerschbaum (Universidade de Viena, Viena, Áustria), J. Kluska (University of Exeter, Exeter, RU) e S. Ramstedt (Universidade Uppsala, Uppsala, Suécia).

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é  financiado por 16 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, assim como pelo Chile, o país de acolhimento, e pela Austrália, como parceiro estratégico. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio. O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é um parceiro principal no ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o Extremely Large Telescope (ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1741, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.

Sobre a Nota de Imprensa

Nº da Notícia:eso1741pt
Nome:π1 Gruis
Tipo:Milky Way : Star : Evolutionary Stage : Red Giant
Facility:Very Large Telescope
Instruments:PIONIER
Science data:2018Natur.553..310P

Imagens

A superfície da estrela gigante vermelha π1 Gruis obtida pelo instrumento PIONIER montado no VLT
A superfície da estrela gigante vermelha π1 Gruis obtida pelo instrumento PIONIER montado no VLT
Imagem de grande angular do céu em torno da estrela π1 Gruis
Imagem de grande angular do céu em torno da estrela π1 Gruis
A estrela gigante vermelha π1 Gruis na constelação do Grou
A estrela gigante vermelha π1 Gruis na constelação do Grou

Vídeos

ESOcast 144 Light: Bolhas gigantes na superfície de estrela gigante vermelha (4K UHD)
ESOcast 144 Light: Bolhas gigantes na superfície de estrela gigante vermelha (4K UHD)
Aproximação à estrela gigante vermelha π1 Gruis
Aproximação à estrela gigante vermelha π1 Gruis

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