É lógico que estrelas formadas a partir da mesma nuvem de material terão a mesma metalicidade. Esse facto sustenta alguns caminhos de investigação astronómica, como a procura dos irmãos do Sol. Mas para algumas estrelas binárias, isso nem sempre é verdade. A sua composição pode ser diferente apesar de se formarem a partir do mesmo reservatório de material, e a diferença estende-se aos seus sistemas planetários.

Novas pesquisas mostram que as diferenças podem ser rastreadas até os primeiros estágios de formação.

As estrelas binárias são a norma, enquanto as estrelas solitárias como o nosso Sol são minoria. Algumas estimativas colocam o número de estrelas binárias na Via Láctea em até 85%. Esses pares de estrelas se formam a partir das mesmas nuvens moleculares gigantes. Cada nuvem tem uma certa abundância de metais, e essa abundância deveria ser refletida nas próprias estrelas.

Mas nem sempre é esse o caso.

Às vezes, a metalicidade de um par de estrelas binárias não coincide. Os astrofísicos propuseram três explicações para isso.

Duas explicações envolvem eventos que ocorrem mais tarde na vida de uma estrela, após ela ter deixado a sequência principal. Um é difusão atômica, onde os elementos químicos se estabelecem em camadas gradientes na estrela. As camadas são determinadas pela gravidade e temperatura de uma estrela. O segundo envolve um planeta próximo. À medida que as estrelas envelhecem, se expandem e se tornam gigantes vermelhas, elas engolfam planetas próximos. O planeta introduziria uma nova química na estrela, diferenciando-a do seu parceiro binário.

À medida que estrelas como o nosso Sol envelhecem e saem da sequência principal, elas se expandem e se tornam gigantes vermelhas, engolindo planetas próximos.  Isso pode mudar a química das estrelas.  Crédito da imagem: fsgregs Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
À medida que estrelas como o nosso Sol envelhecem e saem da sequência principal, elas se expandem e se tornam gigantes vermelhas, engolindo planetas próximos. Isso pode mudar a química das estrelas. Crédito da imagem: fsgregs Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

A terceira explicação remonta à formação do par binário. Esta explicação diz que a nuvem molecular gigante que gerou as estrelas não era homogênea. Em vez disso, existiam diferenças regionais na química da nuvem, e estrelas formadas em locais diferentes apresentavam diferenças notáveis ​​na sua composição química.

Uma equipe de pesquisadores quis se aprofundar nesta terceira explicação para testar sua veracidade. Eles usaram o Telescópio Gemini South e seu Espectrógrafo Óptico de Alta Resolução Gemini (GHOST) para examinar a luz de um par de estrelas binárias gigantes. As observações revelaram diferenças significativas em seus espectros.

Pôr do sol sobre Gemini South, no cume do Mauna Kea, no Havaí.  Crédito: Gêmeos
Pôr do sol sobre Gemini South, no cume do Mauna Kea, no Havaí. Crédito: Gêmeos

Eles apresentaram seus resultados em um artigo intitulado “Desembaraçando a origem das diferenças químicas usando GHOST.” É publicado na revista Astronomy and Astrophysics. O autor principal é Carlos Saffe, do Instituto de Ciências Astronômicas, da Terra e do Espaço (ICATE-CONICET) da Argentina. Os pesquisadores examinaram um par de estrelas binárias gigantes chamadas HD 138202 + CD?30 12303.

As três explicações para as diferenças químicas entre estrelas binárias derivam de estudos de estrelas da sequência principal. O sequência principal é onde as estrelas passam a maior parte do tempo, fundindo de forma confiável hidrogênio em hélio durante bilhões de anos.

Mas Saffe e seus colegas adotaram uma abordagem diferente. Eles usaram Gemini e GHOST para examinar um par de estrelas binárias que deixaram a sequência principal para trás e se tornaram estrelas gigantes. Essas estrelas são diferentes das estrelas da sequência principal.

“Os espectros de qualidade extremamente elevada do GHOST ofereceram uma resolução sem precedentes,” disse Saffe, “permitindo-nos medir os parâmetros estelares e as abundâncias químicas das estrelas com a maior precisão possível”.

Esta tabela da pesquisa mostra algumas das diferenças entre o par de estrelas binárias gigantes.  A terceira coluna mostra suas diferentes metalicidades, expressas pela razão Fe/H (ferro hidrogênio).  A Estrela A é mais rica em metais em 0,08 dex do que sua companheira.  Crédito da imagem: Saffe et al.  2024.
Esta tabela da pesquisa mostra algumas das diferenças entre o par de estrelas binárias gigantes. A terceira coluna mostra suas diferentes metalicidades, expressas pela razão Fe/H (ferro hidrogênio). A Estrela A é mais rica em metais em 0,08 dex do que sua companheira. Crédito da imagem: Saffe et al. 2024.

Essas estrelas passam por dragagens. Dragagens ocorrem quando a zona de convecção de uma estrela se estende desde a superfície até onde a fusão está ocorrendo. São poderosas correntes convectivas que misturam produtos de fusão na camada superficial da estrela quando uma estrela da sequência principal se torna uma gigante vermelha.

Este diagrama do Sol ajuda a explicar as dragagens.  O Sol ainda está na sequência principal, então sua região convectiva está em sua superfície.  Mas quando estrelas como o Sol se tornam gigantes vermelhas, células convectivas temporárias chamadas dragas podem alcançar desde a superfície até ao núcleo de fusão.  Isto pode introduzir diferentes elementos químicos na superfície visível.  Crédito da imagem: CSIRO/ATNF/Laboratório de Pesquisa Naval
Este diagrama do Sol ajuda a explicar as dragagens. O Sol ainda está na sequência principal, então sua região convectiva está em sua superfície. Mas quando estrelas como o Sol se tornam gigantes vermelhas, células convectivas temporárias chamadas dragas podem alcançar desde a superfície até ao núcleo de fusão. Isto pode introduzir diferentes elementos químicos na superfície visível. Crédito da imagem: CSIRO/ATNF/Laboratório de Pesquisa Naval

No entanto, os investigadores dizem que as dragagens e a difusão atómica que conduzem não conseguem explicar a grande diferença entre as estrelas.

As correntes de convecção também excluiriam a segunda explicação proposta: o engolfamento planetário. Com correntes tão fortes, os produtos químicos de um planeta engolfado seriam rapidamente diluídos. “Acredita-se que as estrelas gigantes sejam significativamente menos sensíveis do que as estrelas da sequência principal aos eventos de engolfamento”, escrevem os autores.

Os autores foram mais longe e calcularam a quantidade de material planetário que uma estrela gigante precisaria digerir para causar a diferença na metalicidade entre as estrelas. “Estimamos que a estrela A precisaria ter ingerido entre 11,0 e 150,0 massas de Júpiter de material planetário, dependendo da massa do envelope convectivo adotado e do conteúdo metálico do planeta ingerido”, explicam os autores. É uma quantidade enorme de material. Eles também explicam que os planetas deveriam ter uma metalicidade extremamente alta para que o baixo valor das 11 massas de Júpiter causasse as diferenças químicas.

Isso deixa apenas uma explicação: falta de homogeneidade na nuvem molecular.

Este é um mosaico de dois painéis de parte da Nuvem Molecular Gigante de Taurus, a região ativa de formação de estrelas mais próxima da Terra.  As regiões mais escuras são onde as estrelas nascem.  A pesquisa mostra que pequenas heterogeneidades na nuvem podem produzir estrelas binárias com diferentes metalicidades.  Crédito da imagem: Adam Block /Observatório Steward/Universidade do Arizona
Este é um mosaico de dois painéis de parte da Nuvem Molecular Gigante de Taurus, a região ativa de formação de estrelas mais próxima da Terra. As regiões mais escuras são onde as estrelas nascem. A pesquisa mostra que pequenas heterogeneidades na nuvem podem produzir estrelas binárias com diferentes metalicidades. Crédito da imagem: Adam Block /Observatório Steward/Universidade do Arizona

“Esta é a primeira vez que os astrónomos conseguem confirmar que as diferenças entre estrelas binárias começam nas fases iniciais da sua formação,” disse Saffe.

“Utilizando as capacidades de medição de precisão fornecidas pelo instrumento GHOST, a Gemini South está agora a recolher observações de estrelas no final das suas vidas para revelar o ambiente em que nasceram”, disse Martin Still, diretor do programa NSF para o Observatório Internacional Gemini. . “Isto dá-nos a capacidade de explorar como as condições em que as estrelas se formam podem influenciar toda a sua existência ao longo de milhões ou milhares de milhões de anos.”

Os resultados explicam muito por que um par de estrelas binárias pode ter composições diferentes. Mas eles vão ainda mais longe do que isso. Eles também explicam por que um par de estrelas binárias pode ter sistemas planetários tão diferentes. “Diferentes sistemas planetários podem significar planetas muito diferentes – rochosos, semelhantes à Terra, gigantes gelados, gigantes gasosos – que orbitam as suas estrelas hospedeiras a distâncias diferentes e onde o potencial para suportar vida pode ser muito diferente,” disse Saffe.

Mas os resultados também apresentam um desafio. Os astrônomos usam marcação química para identificar estrelas que estão associadas umas às outras. Espera-se que estrelas do mesmo berçário estelar tenham composições semelhantes. Mas esse método não parece confiável à luz dessas descobertas.

Os resultados também desafiam a ideia de que as diferenças na composição entre estrelas binárias podem ser explicadas pelo engolfamento dos planetas. Em vez disso, essas diferenças podem resultar dos primeiros dias de formação das estrelas.

“Ao mostrar pela primeira vez que diferenças primordiais estão realmente presentes e são responsáveis ​​pelas diferenças entre estrelas gémeas, mostramos que a formação de estrelas e planetas pode ser mais complexa do que se pensava inicialmente,” disse Saffe. “O Universo adora a diversidade!”

O conceito deste artista mostra um planeta hipotético coberto de água em torno do sistema estelar binário Kepler-35A e B. Se as diferenças nas composições químicas das estrelas decorrem dos primeiros dias de formação, então essas diferenças devem afetar os tipos de planetas que se formam ao seu redor. .  (Imagem da NASA/JPL-Caltech.)
O conceito deste artista mostra um planeta hipotético coberto de água em torno do sistema estelar binário Kepler-35A e B. Se as diferenças nas composições químicas das estrelas decorrem dos primeiros dias de formação, então essas diferenças devem afetar os tipos de planetas que se formam ao seu redor. . (Imagem da NASA/JPL-Caltech.)

A única desvantagem deste estudo é o tamanho da amostra de um. Amostras pequenas são sempre preventivas: podem levar a uma conclusão eventual, mas não chegam a conclusões confiáveis ​​de forma independente. Os autores sabem disso.

“Encorajamos fortemente o estudo de pares gigante-gigante”, concluem os pesquisadores. “Esta nova abordagem pode ajudar-nos a distinguir a origem das ligeiras diferenças químicas observadas em múltiplos sistemas.”

Fonte: InfoMoney

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