Usando “gêmeos” estelares para alcançar os limites exteriores da galáxia

1
3425
Duas estrelas "gêmeas" com espectro idêntico observadas pelo telescópio de La Silla. Já que se sabe que uma estrela está a 40 parsecs de distância, a diferença em seus brilhos aparentes permite o cálculo de distância da segunda estrela. Crédito: Carolina Jofré

Artigo traduzido de University of Cambridge. Autor: Sarah Collins.

Astrônomos da Universidade de Cambridge desenvolveram um novo método altamente preciso para medir as distâncias entre as estrelas, que poderia ser usado para medir o tamanho da galáxia, permitindo uma maior compreensão de como ela evoluiu.

Usando uma técnica que procura “gêmeos” estelares, os pesquisadores foram capazes de medir distâncias entre as estrelas com muito mais precisão do que é possível utilizando os métodos dependentes do modelo típico. A técnica poderia ser um complemento valioso para o satélite Gaia – que está criando um mapa tridimensional do céu ao longo de cinco anos – e poderia ajudar na compreensão dos processos astrofísicos fundamentais ativos nas regiões mais distantes da nossa galáxia. Os detalhes da nova técnica foram publicados na Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

“Determinar distâncias é um problema fundamental na astronomia, porque a menos que nós saibamos o quão longe uma estrela ou grupo de estrelas está, é impossível saber o tamanho da galáxia ou entender como ela se formou e evoluiu”, disse Paula Jofre Pfeil do Instituto de Astronomia de Cambridge, principal autora do artigo. “Cada vez que fazemos uma medida exata de distância, damos mais um passo na escada cósmica de distância”.

A melhor maneira de medir diretamente a distância de uma estrela é por um efeito conhecido como paralaxe, que é o deslocamento aparente de um objeto quando visto ao longo de duas linhas diferentes de visão – por exemplo, se você erguer sua mão na frente de você e observá-la com seu olho esquerdo fechado e, em seguida, com o olho direito fechado, vai parecer que sua mão se moveu contra o fundo. O mesmo efeito pode ser utilizado para calcular a distância de estrelas, medindo-se o movimento aparente de uma estrela próxima em relação ao fundo mais distante de estrelas. Através da medição do ângulo de inclinação entre as duas observações, astrônomos podem usar a paralaxe para determinar a distância de uma estrela em particular.

No entanto, o método de paralaxe só pode ser aplicado para as estrelas que estão razoavelmente perto de nós, uma vez que além de distâncias de 1600 anos-luz, os ângulos de inclinação são pequenos demais para serem medidos pelo satélite Hipparcos, um precursor do Gaia. Consequentemente, das 100 bilhões de estrelas na Via Láctea, temos medições precisas para apenas 100 mil.

Gaia será capaz de medir os ângulos de inclinação com muito mais precisão do que nunca, para estrelas a até 30 mil anos-luz de distância. Os cientistas terão em breve medições precisas de distância para um bilhão de estrelas que Gaia está mapeando – mas isso ainda é apenas 1% das estrelas na Via Láctea.

Para estrelas ainda mais distantes, os astrônomos ainda terão que contar com modelos que medem temperatura, gravidade superficial e composição química de uma estrela, e utilizar as informações a partir do espectro resultante, juntamente com um modelo evolutivo, para inferir o seu brilho intrínseco e para determinar a sua distância. No entanto, estes modelos tendem a ter 30% de falha. “Usar um modelo também significa usar uma série de hipóteses simplificadoras – como, por exemplo, supor que as estrelas não giram o que é claro que elas fazem”, disse o Dr. Thomas Mädler, um dos co-autores do estudo. “Portanto distâncias estelares obtidas por tais métodos indiretos devem ser tomadas com uma pitada de sal”.

Os pesquisadores de Cambridge desenvolveram um novo método para determinar distâncias entre as estrelas confiando em “gêmeos” estelares: duas estrelas com espectro idêntico. Usando um conjunto de cerca de 600 estrelas para o qual espectros de alta resolução estão disponíveis, os investigadores encontraram 175 pares de gêmeos. Para cada par de gêmeos, uma medição de paralaxe estava disponível para uma das estrelas.

Os pesquisadores descobriram que a diferença das distâncias das estrelas gêmeas está diretamente relacionada com a diferença de seu brilho aparente no céu, o que significa que as distâncias podem ser medidas com precisão, sem ter que depender de modelos. Seu método mostrou apenas uma diferença de 8% com as medidas de paralaxe conhecidas, e a precisão não diminui quando se mede estrelas mais distantes.

“É uma ideia extremamente simples – tão simples que é difícil acreditar que ninguém tenha pensado nisso antes”, disse Jofre Pfeil. “Quanto mais longe uma estrela está, mais tênue ela aparece no céu, e por isso, se duas estrelas têm espectro idêntico, podemos usar a diferença de brilho para calcular a distância”.

Uma vez que um espectro utilizado para uma única estrela contém até 280.000 pontos de dados, comparar todos os espectros para diferentes estrelas demoraria muito, por isso, os pesquisadores optaram por usar apenas 400 linhas espectrais para fazer suas comparações. Estas linhas específicas são as que produzem as informações mais marcantes sobre a estrela – semelhante ao comparar fotografias de indivíduos olhando para uma única característica definidora para distingui-los.

O próximo passo para os pesquisadores é compilar um “catálogo” de estrelas para as quais as distâncias precisas estão disponíveis, e, em seguida, procurar gêmeas entre outros catálogos estelares para as quais nenhuma distância esteja disponível. Apesar de apenas olhar para as estrelas que têm gêmeas restringe o método um pouco, graças à nova geração de telescópios de alta potência, os espectros de alta resolução estão disponíveis para milhões de estrelas. Mesmo com telescópios mais poderosos em desenvolvimento, em breve espectros estarão disponíveis para as estrelas que estão além do alcance até mesmo do Gaia, de modo que os pesquisadores dizem que seu método é um complemento poderoso para o Gaia.

“Este método proporciona uma forma robusta para estender a crucial escada de distância cósmica de uma nova maneira especial”, disse o professor Gerry Gilmore, o investigador principal para o envolvimento do Reino Unido na missão Gaia. “Ele promete tornar-se extremamente importante a medida que novos telescópios muito grandes são construídos, permitindo observações detalhadas das estrelas a grandes distâncias em galáxias distantes da nossa Via Láctea, com base nos nossos estudos locais detalhados do Gaia”.

A pesquisa foi financiada pelo Conselho Europeu de Investigação.

Referencia:
Jofré, P. et. al. Climbing the cosmic ladder with stellar twins. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2015). DOI: 10.1093/mnras/stv1724.

CONTINUAR LENDO