A humanidade tem tido a sorte de ter uma estrela situada sobre o polo norte da Terra. A estrela, conhecida como Polaris, ou Estrela do Norte, guiou muitos marinheiros em segurança até o porto. Mas Polaris é uma estrela fascinante por si só, não apenas por causa de sua posição fortuita.
Polaris também é chamada de Estrela Polar, e é na verdade um sistema estelar triplo. A estrela primária é uma supergigante amarela chamada Polaris Aa, a cerca de 448 anos-luz de distância, e orbita com uma companheira menor chamada Polaris Ab. A estrela externa é chamada Polaris B e também pode ter uma companheira fraca. Neste artigo, Polaris se refere à estrela primária, Polaris Aa.
Polaris nem sempre foi a Estrela Polar e nem sempre será. Thuban foi a Estrela do Norte do 4º ao 2º milênio a.C. até que a precessão axial da Terra deu essa posição a Polaris. A Estrela Polar muda durante um ciclo de 26.000 anos, então Thuban assumirá o lugar de Polaris no ano de 20346.
Mas, independentemente de Polaris ser a Estrela Polar em um determinado momento ou não, ela é um objeto interessante cujas propriedades podem nos ajudar a entender a expansão do Universo.
Polaris é uma estrela variável que pulsa e muda de brilho ao longo do tempo. Especificamente, é uma Variável cefeida. As variáveis cefeidas se expandem e contraem ritmicamente, e seu brilho muda em um padrão previsível. Como há uma relação direta entre seu período de pulsação e sua luminosidade, elas são úteis para medir distâncias. Elas são chamadas de “velas padrão” e fazem parte do escada de distância cósmica.
Os astrônomos usam velas padrão para ajudar a medir a Constante de Hubbleou quão rapidamente o Universo está se expandindo. Mas há alguma tensão entre nossas medições da constante de Hubble. Quando usamos objetos locais como variáveis Cefeidas para medir a constante de Hubble, obtemos um número diferente do que quando usamos coisas de maior escala como a Fundo de Micro-ondas Cósmico para medi-lo.
Como Polaris é uma vela padrão tão próxima, uma equipe de astrônomos usou um conjunto de telescópios para observar a estrela por 30 anos. Ao observar Polaris e sua companheira menor Polaris Ab com mais precisão, eles esperavam restringir a massa de Polaris e outras características com mais precisão. Isso, por sua vez, poderia nos ajudar a entender a tensão na constante de Hubble. Ao longo do caminho, os pesquisadores descobriram algumas surpresas em torno desta estrela há muito observada.
Os seus resultados estão num artigo intitulado “A órbita e a massa dinâmica de Polaris: observações com o conjunto CHARA.” Foi publicado no The Astrophysical Journal, e a autora principal é Nancy Evans. Evans é astrofísica no Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian.
Para entender melhor Polaris, é essencial dar uma boa olhada em sua companheira fraca. Mas isso não é fácil de fazer.
“A pequena separação e o grande contraste de brilho entre as duas estrelas tornam extremamente desafiador resolver o sistema binário durante sua maior aproximação”, disse Evans.
O CARA (Centro de Astronomia de Alta Resolução Angular) O Array foi construído para trazer clareza a objetos como Polaris e sua companheira fraca. É um interferômetroum conjunto de seis telescópios separados, cada um com um espelho primário de um metro de diâmetro. Ao combinar as imagens de cada telescópio separado, o CHARA atinge a resolução mais alta de um telescópio com um espelho primário de 330 metros de diâmetro, a área coberta pelos telescópios individuais. O CHARA tem uma câmera especial projetada para trabalhar com ele, chamada MIRC-X (Michigan InfraRed Combiner-eXeter).
Com essas ferramentas, os astrônomos rastrearam Polaris e sua companheira tênue por um período de 30 anos. Eles mediram como a variável Cefeida mudou de tamanho conforme pulsava. Eles aprenderam que ela é cinco vezes mais massiva que o Sol e tem um diâmetro 46 vezes maior que o Sol. No entanto, a medição da massa é afetada pela grande massa da estrela excentricidade orbital0,63, então ainda há alguma incerteza sobre a massa de Polaris.
A massa e a luminosidade medidas também mostram que Polaris é mais luminosa do que deveria ser para uma estrela em sua trilha evolutiva. “Polaris é pelo menos 0,4 mag mais brilhante do que as trilhas previstas”, escrevem os autores em seu artigo. Isso é importante por causa do “Problema de massa cefeida.”É uma discrepância entre massas inferidas de trilhas evolutivas estelares e massas de cálculos de pulsação.
A massa de uma variável Cefeida pode ser determinada quando ela está em um relacionamento binário. “A determinação da massa começa com uma órbita de velocidade radial (RV) e curva de pulsação para um binário contendo uma Cefeida”, explicam os autores. Pouquíssimas variáveis Cefeidas estão em relacionamentos binários como Polaris, então é um alvo importante para restringir e entender suas massas. Todas essas medições são importantes porque se relacionam com a escada de distância cósmica, velas padrão e a constante de Hubble.
“A precisão das entradas de qualquer uma dessas medições depende de muitas características da estrela: brilho, período orbital, inclinação e a separação, distância e razão de massa dos componentes. Isso significa que cada sistema Cefeida é único e tem que ser analisado independentemente”, explicam os autores.
As observações também mostraram pontos variáveis na superfície da estrela.
“As imagens do CHARA revelaram grandes pontos brilhantes e escuros na superfície de Polaris que mudaram ao longo do tempo”, disse Gail Schaefer, diretora do CHARA Array.
“A identificação de manchas estelares é consistente com várias propriedades de Polaris”, escrevem os pesquisadores. Ela é diferente de outras variáveis Cefeidas porque tem uma amplitude de pulsação muito baixa. Isso pode significar que sua atmosfera é mais como uma supergigante não variável. Essas atmosferas frequentemente parecem estar ativas, assim como as manchas em Polaris. “Não está claro como a pulsação de amplitude total afeta a atmosfera e o campo magnético em pulsadores, então Polaris é um caso de teste interessante”, eles explicam.
As manchas são variáveis, o que poderia explicar por que os astrônomos têm lutado para identificar outras “periodicidades adicionais” na estrela. Elas também poderiam explicar uma variação observada de velocidade radial de ~120 dias como um período de rotação.
As manchas na superfície de Polaris aumentaram a complexidade da estrela e estão implorando para serem compreendidas.
“Planejamos continuar a obter imagens de Polaris no futuro”, disse o coautor do estudo John Monnier, professor de astronomia na Universidade de Michigan. “Esperamos entender melhor o mecanismo que gera as manchas na superfície de Polaris.”
