Sabemos bastante sobre estrelas. Depois de séculos apontando telescópios para o céu noturno, cientistas e amadores conseguem descobrir os principais atributos de qualquer estrela, como a sua massa ou a sua composição.
Para calcular a massa de uma estrela, basta observar seu período orbital e fazer um pouco de álgebra. Para determinar do que ela é feita, observe o espectro de luz que a estrela emite. Mas a única variável que os cientistas ainda não conseguiram decifrar é o tempo.
“O Sol é a única estrela cuja idade conhecemos”, diz o astrônomo David Soderblom, do Space Telescope Science Institute, em Baltimore. “Todo o resto é iniciado a partir daí.”
Mesmo estrelas bem estudadas surpreendem os cientistas de vez em quando. Em 2019, quando a estrela supergigante vermelha Betelgeuse diminuiu, os astrônomos não tinham certeza se ela estava apenas passando por uma fase ou se uma explosão de supernova era iminente. (Acontece que foi apenas uma fase.) O Sol também abalou as coisas quando os cientistas notaram que ele não estava se comportando como outras estrelas de meia-idade. Não é tão magneticamente ativa em comparação com outras estrelas da mesma idade e massa. Isso sugere que os astrônomos podem não compreender completamente a linha do tempo da meia-idade.
Cálculos baseados na física e medições indiretas da idade de uma estrela podem fornecer estimativas aproximadas aos astrônomos. E alguns métodos funcionam melhor para diferentes tipos de estrelas. Aqui estão três maneiras pelas quais os astrônomos calculam a idade de uma estrela.
Diagramas de Hertzsprung-Russell
Os cientistas sabem muito bem como as estrelas nascem, como vivem e como morrem. Por exemplo, as estrelas queimam o seu combustível hidrogênio, incham e eventualmente expelem os seus gases para o espaço, seja com um estrondo ou um gemido. Mas é quando exatamente cada estágio do ciclo de vida de uma estrela acontece que as coisas ficam complicadas. Dependendo da sua massa, certas estrelas atingem esses pontos após um número diferente de anos. Estrelas mais massivas morrem jovens, enquanto estrelas menos massivas podem queimar durante bilhões de anos.
Na virada do século XX, dois astrônomos — Ejnar Hertzsprung e Henry Norris Russell — tiveram, de forma independente, a ideia de representar graficamente a temperatura das estrelas em relação ao seu brilho. Os padrões nesses diagramas de Hertzsprung-Russell, ou HR, correspondiam ao local onde as diferentes estrelas estavam naquele ciclo de vida. Hoje, os cientistas usam estes padrões para determinar a idade dos aglomerados estelares, cujas estrelas se pensa terem sido formadas todas ao mesmo tempo.
A ressalva é que, a menos que você faça muita matemática e modelagem, este método pode ser usado apenas para estrelas em aglomerados, ou comparando a cor e o brilho de uma única estrela com diagramas teóricos de HR. “Não é muito preciso”, diz o astrônomo Travis Metcalfe, do Instituto de Ciências Espaciais em Boulder, Colorado. “No entanto, é a melhor coisa que temos.”
Taxa de rotação
Na década de 1970, os astrofísicos notaram uma tendência: as estrelas em aglomerados mais jovens giram mais rápido do que as estrelas em aglomerados mais antigos. Em 1972, o astrônomo Andrew Skumanich usou a taxa de rotação de uma estrela e a atividade da superfície para propor uma equação simples para estimar a idade de uma estrela: Taxa de rotação = (Idade) -½.
Este foi o método utilizado para estrelas individuais durante décadas, mas novos dados revelaram falhas na sua utilidade. Acontece que algumas estrelas não desaceleram quando atingem uma certa idade. Em vez disso, eles mantêm a mesma velocidade de rotação pelo resto da vida.
“A rotação é a melhor coisa a usar para estrelas mais jovens que o Sol”, diz Metcalfe. Para estrelas mais velhas que o Sol, outros métodos são melhores.
Sismologia estelar
Os novos dados que confirmaram que a taxa de rotação não era a melhor forma de estimar a idade de uma estrela individual vieram de uma fonte improvável: o telescópio espacial Kepler, que caça exoplanetas. Não apenas um benefício para a pesquisa de exoplanetas, o Kepler levou a sismologia estelar para o primeiro plano simplesmente olhando para as mesmas estrelas por um longo tempo.
Observar o brilho de uma estrela pode dar pistas sobre sua idade. Os cientistas consideram as mudanças no brilho de uma estrela como um indicador do que está acontecendo abaixo da superfície e, por meio de modelagem, calculam aproximadamente a idade da estrela. Para fazer isso, é necessário um grande conjunto de dados sobre o brilho da estrela – que o telescópio Kepler poderia fornecer.
“Todo mundo pensa que tudo se tratava de encontrar planetas, o que era verdade”, diz Soderblom. “Mas gosto de dizer que a missão Kepler foi uma missão furtiva de física estelar.”
Esta abordagem ajudou a revelar a crise magnética da meia-idade do Sol e recentemente forneceu algumas pistas sobre a evolução da Via Láctea. Há cerca de 10 bilhões de anos, a nossa galáxia colidiu com uma galáxia-anã. Os cientistas descobriram que as estrelas deixadas por aquela galáxia-anã são mais jovens ou têm aproximadamente a mesma idade que as estrelas originais da Via Láctea. Assim, a Via Láctea pode ter evoluído mais rapidamente do que se pensava anteriormente.
À medida que telescópios espaciais como o TESS da NASA e o CHEOPS da Agência Espacial Europeia examinam novas áreas do céu, os astrofísicos serão capazes de aprender mais sobre o ciclo de vida estelar e apresentar novas estimativas para mais estrelas.
Além da curiosidade sobre as estrelas do nosso quintal, as idades das estrelas têm implicações que vão além do nosso sistema solar, desde a formação de planetas à evolução das galáxias — e até mesmo à procura de vida extraterrestre.
“Um dia destes – provavelmente demorará algum tempo – alguém irá afirmar que vê sinais de vida num planeta em torno de outra estrela. A primeira pergunta que as pessoas farão é: ‘Quantos anos tem essa estrela?’”, Diz Soderblom. “Essa será uma pergunta difícil de responder.”
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceNews
