Imagem infravermelha da onda de choque (arco vermelho) criada pela massiva estrela gigante Zeta Ophiuchi em uma nuvem de poeira interestelar. Os ventos tênues das estrelas da sequência principal semelhantes ao Sol são muito mais difíceis de observar. Crédito: NASA/JPL-Caltech; NASA e The Hubble Heritage Team (STScI/AURA); CR O’Dell, Universidade Vanderbilt
Astrofísicos quantificam a perda de massa das estrelas por meio de seus ventos estelares
Uma equipe de pesquisa internacional liderada por um pesquisador da Universidade de Viena detectou pela primeira vez diretamente ventos estelares de três estrelas semelhantes ao Sol, registrando a emissão de raios X de suas astrosferas e impôs restrições à taxa de perda de massa das estrelas. através de seus ventos estelares. O estudo foi publicado em Astronomia da Natureza.
As astrosferas, análogas estelares da heliosfera que circunda o nosso sistema solar, são muito quentes plasma bolhas sopradas por ventos estelares no meio interestelar, um espaço cheio de gás e poeira. O estudo dos ventos estelares de estrelas de baixa massa semelhantes ao Sol permite-nos compreender a evolução estelar e planetária e, em última análise, a história e o futuro da nossa própria estrela e sistema solar. Os ventos estelares conduzem muitos processos que evaporam as atmosferas planetárias para o espaço e, portanto, levam à perda de massa atmosférica.
Embora as taxas de escape dos planetas durante uma hora ou mesmo um ano sejam mínimas, elas operam durante longos períodos geológicos. As perdas acumulam-se e podem ser um factor decisivo para um planeta evoluir para um mundo habitável ou para uma rocha sem ar. Apesar da sua importância para a evolução das estrelas e dos planetas, os ventos das estrelas semelhantes ao Sol são notoriamente difíceis de restringir. Compostos principalmente por prótons e elétrons, eles também contêm uma pequena quantidade de íons mais pesados e altamente carregados (por exemplo, oxigênio, carbono). São esses íons que, ao capturarem elétrons dos neutros do meio interestelar ao redor da estrela, emitem raios X.
Emissão de raios X de astrosferas detectada
Uma equipa de investigação internacional liderada por Kristina Kislyakova, cientista sénior do Departamento de Astrofísica da Universidade de Viena, detectou pela primeira vez a emissão de raios X das astrosferas em torno de três estrelas semelhantes ao Sol, as chamadas estrelas da sequência principal, que são estrelas no auge da sua vida e, portanto, registou esses ventos diretamente pela primeira vez, permitindo-lhes impor restrições à taxa de perda de massa das estrelas através dos seus ventos estelares.
Estes resultados, baseados em observações com o telescópio espacial XMM-Newton, estão atualmente publicados em Astronomia da Natureza. Os investigadores observaram as impressões digitais espectrais (as chamadas linhas espectrais) dos iões de oxigénio com o XMM-Newton e foram capazes de determinar a quantidade de oxigénio e, em última análise, a massa total do vento estelar emitido pelas estrelas. Para as três estrelas com astroesferas detectadas, denominadas 70 Ophiuchi, épsilon Eridani e 61 Cygni, os pesquisadores estimaram suas taxas de perda de massa em 66,5±11,1, 15,6±4,4 e 9,6±4,1 vezes a taxa de perda de massa solar, respectivamente. Isto significa que os ventos destas estrelas são muito mais fortes do que o vento solar, o que pode ser explicado pela atividade magnética mais forte destas estrelas.
Imagem de raios X XMM-Newton da estrela 70 Ophiuchi (esquerda) e a emissão de raios X da região (“Annulus”) que rodeia a estrela representada num espectro sobre a energia dos fotões de raios X (direita). A maior parte da emissão consiste em fótons de raios X da própria estrela, mas espalhados dentro do telescópio observador e pela câmera (aproximado pelo modelo mostrado com a linha azul), mas há uma contribuição significativa em torno da linha K-alfa do oxigênio em uma energia de 0,56 keV que se origina da astrosfera estendida e não da estrela (esta contribuição está incluída no modelo vermelho). Crédito: Kislyakova et al. Astronomia da Natureza, 10.1038/s41550-024-02222-x, 2024
“No sistema solar, a emissão de troca de carga do vento solar foi observada em planetas, cometas e na heliosfera e fornece um laboratório natural para estudar a composição do vento solar”, explica a autora principal do estudo, Kristina Kislyakova. “Observar esta emissão de estrelas distantes é muito mais complicado devido à fraqueza do sinal. Além disso, a distância às estrelas torna muito difícil separar o sinal emitido pela astrosfera da emissão real de raios X da própria estrela, parte da qual está “espalhada” pelo campo de visão da estrela. telescópio devido a efeitos instrumentais.
“Desenvolvemos um novo algoritmo para separar as contribuições estelares e astrosféricas para a emissão e detectamos sinais de troca de carga originados de íons de oxigênio do vento estelar e do meio interestelar neutro circundante de três estrelas da sequência principal. Esta foi a primeira vez que a emissão de troca de carga de raios X das astrosferas dessas estrelas foi detectada. As nossas taxas estimadas de perda de massa podem ser usadas como referência para modelos de vento estelar e expandir a nossa limitada evidência observacional dos ventos de estrelas semelhantes ao Sol.”
Perspectivas Futuras e Avanços Tecnológicos
O co-autor Manuel Güdel, também da Universidade de Viena, acrescenta: “Tem havido esforços mundiais ao longo de três décadas para substanciar a presença de ventos em torno de estrelas semelhantes ao Sol e medir a sua força, mas até agora apenas evidências indirectas baseadas em os seus efeitos secundários na estrela ou no seu ambiente aludiam à existência de tais ventos; nosso grupo tentou anteriormente detectar emissões de rádio dos ventos, mas só conseguiu estabelecer limites superiores para a força do vento, sem detectar os próprios ventos. Nossos novos resultados baseados em raios X abrem o caminho para encontrar e até mesmo obter imagens diretas desses ventos e estudar suas interações com os planetas circundantes.”
“No futuro, este método de detecção direta de ventos estelares em raios X será facilitado graças a futuros instrumentos de alta resolução, como o espectrômetro X-IFU da missão europeia Athena. A alta resolução espectral do X-IFU resolverá a estrutura mais fina e a taxa de emissão das linhas de oxigênio (bem como outras linhas mais fracas), que são difíceis de distinguir com a resolução CCD do XMM, e fornecerá restrições adicionais ao mecanismo de emissão; emissão térmica das estrelas ou troca de carga não térmica das astrosferas.” – explica a pesquisadora do CNRS Dimitra Koutroumpa, coautora do estudo.
Referência: “Detecção de raios X de astrosferas em torno de três estrelas da sequência principal e suas taxas de perda de massa” por KG Kislyakova, M. Güdel, D. Koutroumpa, JA Carter, CM Lisse e S. Boro Saikia, 12 de abril de 2024, Astronomia da Natureza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02222-x
