Uma das perguntas mais fundamentais que os astrônomos fazem sobre um objeto é “Qual é a sua distância?” Para objetos muito distantes, eles usam estrelas variáveis Cefeidas clássicas como “réguas de distância”. Os astrônomos chamam essas estrelas pulsantes de “velas padrão”. Agora, há uma equipe inteira delas cronometrando precisamente suas velocidades ao longo da nossa linha de visão.
O que torna uma Cefeida clássica uma “vela padrão” na escuridão do Universo? É essa pulsação. Uma Cefeida não só cresce em um ritmo regular, mas seu brilho muda ao longo de períodos de tempo previsíveis. No início dos anos 1900, a astrônoma Henrietta Leavitt estudou milhares dessas estrelas. Ela descobriu algo bem interessante: há uma forte relação entre a luminosidade de uma Cefeida e seu período de pulsação. E essa é uma relação útil.
Quando você compara a luminosidade de uma Cefeida com seu período de pulsação, você pode derivar a distância da estrela. Essa relação parece ser verdadeira para todas as Cefeidas conhecidas. É por isso que elas são consideradas uma parte importante da escada de distância cósmica. Elas são o principal parâmetro para dimensionar as enormes distâncias entre galáxias e aglomerados de galáxias.
Tipos de Cefeidas
Existem diferentes “sabores” de Cefeidas. Os “clássicos” apresentam períodos de pulsação que variam de alguns dias a alguns meses. Eles são todos mais massivos que o Sol e podem ser até cem mil vezes mais luminosos. Seus raios podem mudar drasticamente durante um ciclo – alguns crescem milhões de quilômetros e depois encolhem. As Cefeidas do Tipo II têm períodos de pulsação entre 1 e 50 dias e geralmente são estrelas muito antigas e de baixa massa. Existem outros tipos, incluindo Cefeidas anômalas com períodos muito curtos. Os cientistas também conhecem Cefeidas de modo duplo com “batimentos cardíacos” que pulsam em dois ou mais modos.
Algumas estrelas bem conhecidas são variáveis Cefeidas. Por exemplo, Polaris — a bem conhecida “Estrela do Norte” é uma delas, assim como RR Puppis, Delta Cephei e Eta Aquilae — todas visíveis da Terra. Por que essas estrelas pulsam ainda está sendo estudado, mas aqui está uma visão muito básica do processo delas. O núcleo da estrela produz calor que aquece as camadas externas. Elas se expandem e depois esfriam. A radiação está escapando, o que faz a estrela parecer mais brilhante. O gás mais frio se contrai sob a gravidade e faz a estrela parecer menor e mais fria. Claro, o diabo está nos detalhes, e é por isso que os astrônomos querem saber mais sobre os processos pelos quais essas estrelas passam.
No entanto, acontece que as Cefeidas não são exatamente fáceis de estudar. Por um lado, é difícil medir com precisão suas pulsações e velocidades radiais. Além disso, alguns possuem estrelas companheiras e a presença de uma estrela próxima complica qualquer medição. Por outro lado, diferentes instrumentos e métodos de medição fornecem resultados ligeiramente diferentes, o que não ajuda os astrónomos a compreender melhor essas estrelas.
Medições de precisão de variáveis cefeidas
Medir as complexidades das pulsações de Cefeidas requer técnicas espectroscópicas que podem medir a luz das estrelas e quebrá-la em seus comprimentos de onda componentes. Isso revela muitos dados sobre uma estrela, incluindo sua composição química, temperatura e movimentos no espaço.
Um consórcio mundial de astrônomos liderado por Richard I. Anderson na École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) da Suíça está medindo propriedades específicas de Cefeidas clássicas e outras usando dois espectrógrafos de alta resolução. Um é chamado HERMES em La Palma no hemisfério norte e a outra é CORALIA No Chile. Ambos detectaram pequenas mudanças na luz das Cefeidas alvo. Essas mudanças forneceram informações valiosas sobre os movimentos das estrelas.
“Rastrear pulsações de Cefeidas com velocimetria de alta definição nos dá insights sobre a estrutura dessas estrelas e como elas evoluem”, ele disse. “Em particular, medições da velocidade na qual as estrelas se expandem e contraem ao longo da linha de visão — as chamadas velocidades radiais — fornecem uma contrapartida crucial para medições precisas de brilho do espaço. No entanto, tem havido uma necessidade urgente de velocidades radiais de alta qualidade porque elas são caras para coletar e porque poucos instrumentos são capazes de coletá-las.”
VELOCE está no trabalho
O projeto de medição da equipe é chamado de Projeto VELOCE – abreviação de VELOcities of CEpheids. É uma colaboração de 12 anos entre astrônomos e astrofísicos. Anderson iniciou o projeto VELOCE durante seu doutorado na Universidade de Genebra, continuou como pós-doutorado nos EUA e na Alemanha e agora o concluiu na EPFL.
De acordo com o aluno de doutorado Giordano Viviani, os dados do projeto já estão permitindo novas descobertas sobre as Cefeidas. “A precisão maravilhosa e a estabilidade de longo prazo das medições permitiram novos insights interessantes sobre como as Cefeidas pulsam”, disse Viviani. “As pulsações levam a mudanças na velocidade da linha de visão de até 70 km/s, ou cerca de 250.000 km/h. Medimos essas variações com uma precisão típica de 130 km/h (37 m/s) e, em alguns casos, tão boa quanto 7 km/h (2 m/s), que é aproximadamente a velocidade de um humano caminhando rápido.”
Descobrindo novos detalhes sobre essas estrelas pulsantes
As medições precisas do projeto VELOCE também revelaram alguns factos estranhos sobre estas estrelas. Por exemplo, existe um fenômeno interessante chamado Progressão de Hertzsprung. Descreve saliências de pico duplo nas pulsações de uma Cefeida. Os astrônomos ainda não sabem ao certo por que esses inchaços ocorrem. Mas poderiam dar algumas dicas sobre a estrutura das variáveis Cefeidas, particularmente as chamadas “clássicas”.
Outras Cefeidas mostram variabilidade muito complexa, e mudanças em suas velocidades radiais nem sempre são consistentes com os períodos previstos, de acordo com a pesquisadora de pós-doutorado Henryka Netzel. “Isso sugere que há processos mais intrincados ocorrendo dentro dessas estrelas, como interações entre diferentes camadas da estrela, ou sinais de pulsação adicionais (não radiais) que podem apresentar uma oportunidade para determinar a estrutura das estrelas Cefeidas por asterosismologia”, disse Netzel.
Como parte do estudo, a equipe também mediu 77 Cefeidas que fazem parte de sistemas binários. Uma em cada três Cefeidas “vive” num sistema binário, e muitas vezes essas companheiras invisíveis são detectáveis por medições de velocidade. Caracterizar os diferentes “sabores” das Cefeidas e os meandros das suas pulsações tem implicações maiores do que determinar as suas velocidades radiais e saliências nos seus períodos, de acordo com Anderson. “Compreender a natureza e a física das Cefeidas é importante porque elas nos contam como as estrelas evoluem em geral e porque dependemos delas para determinar as distâncias e a taxa de expansão do Universo”, disse Anderson, observando que o VELOCE também está fornecendo um valioso “verificação cruzada” com as medições de Gaia. Está no caminho certo para realizar uma pesquisa em grande escala das medições de velocidade radial das Cefeidas.
Verificação cruzada com Gaia
Além disso, o VELOCE fornece as melhores verificações cruzadas disponíveis para medições semelhantes, mas menos precisas, da missão Gaia da ESA. Essa espaçonave está a caminho de conduzir a maior pesquisa de medições de velocidade radial de Cefeidas. Dados dessa missão fornecem um mapa tridimensional crescente de milhões de estrelas na Via Láctea e além. Ele não apenas mapeia suas posições, mas também seus movimentos (incluindo velocidade radial), bem como temperaturas e composições. Combinado com dados de alta precisão do VELOCE sobre Cefeidas, os astrônomos devem em breve ser capazes de entender a história evolutiva estelar e galáctica.
Para maiores informações
Medições de alta precisão desafiam a compreensão das cefeidas
VELOcidades das CEfeidas (VELOCE)
