Euclid e Hubble detetam uma lacuna nas anãs vermelhas de NGC 6397

Às vezes, as descobertas mais interessantes surgem quando ninguém as está a procurar. Foi isso que aconteceu quando uma equipa de astrónomos tentou apenas seguir o movimento das estrelas num enxame antigo relativamente próximo da Terra - e acabou por encontrar uma pista inesperada sobre as estrelas mais comuns do Universo.

Ao organizar as observações, repararam em algo estranho: faltava um pequeno grupo de anãs vermelhas que, teoricamente, deveria aparecer nos dados.

Essa ausência pode revelar informação valiosa sobre alterações internas que estas estrelas atravessam, mesmo a grandes distâncias.

A gap in a sea of stars

A descoberta surgiu a partir de observações recolhidas pelo telescópio espacial Euclid, da Agência Espacial Europeia, e pelo Telescópio Espacial Hubble, da NASA.

Os investigadores estavam a estudar NGC 6397, um antigo enxame globular situado a cerca de 8.000 anos-luz da Terra, na constelação de Ara.

Quando a equipa ordenou as estrelas do enxame pela sua luminosidade e cor, detetou uma lacuna estreita onde deveria surgir um grupo específico de anãs vermelhas de baixa massa.

O estudo foi liderado por cientistas do Space Telescope Science Institute (STScI), em Baltimore, Maryland.

A descoberta da equipa assinala a primeira vez que esta característica é identificada dentro de um enxame globular.

“A descoberta foi fortuita”, disse a coautora do estudo Andrea Bellini. “Não estávamos à procura da lacuna, mas encontrámo-la.”

A mystery first spotted closer to home

Os astrónomos já tinham notado uma lacuna semelhante em 2018, ao analisarem dados do observatório Gaia, da Agência Espacial Europeia.

Essa investigação analisou quase 250.000 estrelas próximas usando um diagrama de Hertzsprung-Russell, uma ferramenta essencial que organiza as estrelas de acordo com a sua luminosidade e temperatura.

Os dados do Gaia revelaram um recorte estreito a atravessar a população de anãs vermelhas, onde surgiam relativamente poucas estrelas.

Na altura, os investigadores suspeitaram que as estrelas em falta estariam relacionadas com mudanças que ocorrem no interior de certas anãs vermelhas.

A nova descoberta mostra que o mesmo fenómeno existe numa população estelar muito mais antiga e distante.

Instability inside of a star

As estrelas em si não estão a desaparecer. Em vez disso, passam por uma fase breve que as torna menos prováveis de serem observadas em determinados níveis de brilho.

Os investigadores acreditam que o efeito ocorre em anãs vermelhas com massas entre 0,34 e 0,36 vezes a massa do Sol.

Nestas estrelas, o combustível que se acumula no núcleo pode desencadear picos de energia que criam instabilidade no interior da estrela.

Essas alterações internas modificam ligeiramente o tamanho, a temperatura e o brilho da estrela. Como relativamente poucas são apanhadas durante esta transição, surge uma lacuna visível no gráfico usado pelos astrónomos.

A descoberta oferece um raro vislumbre do interior das estrelas. Normalmente, os cientistas não conseguem observar diretamente o que se passa no seu interior.

Em vez disso, têm de inferir esses processos a partir de medições de luz e temperatura.

Why globular clusters matter

Os enxames globulares estão entre as estruturas mais antigas da Via Láctea. Contêm centenas de milhares de estrelas comprimidas numa região relativamente pequena do espaço.

Muitos formaram-se há mais de 13 mil milhões de anos, pouco depois de o próprio Universo ter surgido. Estima-se que NGC 6397 tenha cerca de 13,4 mil milhões de anos.

“Os enxames globulares são os laboratórios ideais para estudar a evolução estelar e as populações estelares”, disse Massimo Griggio, do STScI, autor principal do artigo.

“Neste enxame globular, as estrelas estão basicamente à mesma distância e têm aproximadamente a mesma idade.”

Como as estrelas se formaram em conjunto, os investigadores conseguem compará-las de forma mais direta do que estrelas espalhadas pela galáxia.

Assim, as diferenças observadas entre elas têm maior probabilidade de refletir processos físicos reais, em vez de variações de idade ou composição.

A new tool for measuring distance

A descoberta poderá também melhorar uma das medições mais importantes da astronomia: a distância.

Saber quão longe está um objeto ajuda os astrónomos a calcular o seu tamanho real, a sua luminosidade e o seu lugar na história cósmica.

Medir essas distâncias com precisão continua a ser um desafio permanente na área.

“Como conseguimos determinar com grande precisão o brilho onde a lacuna se encontra e sabemos para que massas estelares ela ocorre, podemos usar esta informação para estimar a distância do enxame”, disse o coautor do estudo Russell Ryan.

Se observações futuras confirmarem o método, a lacuna das anãs vermelhas poderá tornar-se mais um referencial útil para medir distâncias ao longo da galáxia.

Technology built for Hubble

Detetar esta característica exigiu medições extremamente precisas. As estrelas dentro de NGC 6397 estão tão próximas umas das outras que separá-las é difícil.

A equipa recorreu a software e técnicas de análise desenvolvidas ao longo de mais de duas décadas para o Telescópio Espacial Hubble.

Essas ferramentas permitiram identificar estrelas individuais dentro do enxame denso e medi-las com uma precisão excecional.

Ao combinar isso com a visão muito mais ampla do céu proporcionada pelo Euclid, o padrão de “estrelas em falta” tornou-se evidente.

“Com estas ferramentas, mostramos que conseguimos levar o Euclid ao limite e, no futuro, o Telescópio Espacial Roman, num campo de visão amplo”, disse o membro da equipa Mattia Libralato.

“Investigações adicionais com o Euclid e, no futuro, com o Roman, irão, esperamos, permitir-nos caracterizar melhor esta característica também noutros enxames globulares.”

O estudo completo foi publicado na revista Astronomy & Astrophysics.

Crédito da imagem: ESA, NASA, Euclid Consortium