Astrónomos encontram estrela “padrão de ouro” na Via Láctea

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/VIA LÁCTEA

HD 222925 é uma estrela de magnitude 9 localizada na direcção da constelação do hemisfério sul de Tucano.
Crédito: STScI Digitized Sky Survey

No nosso bairro solar da Via Láctea, está uma estrela relativamente brilhante, e nela, os astrónomos têm sido capazes de identificar a mais vasta gama de elementos até agora encontrados numa estrela para lá do Sistema Solar.

O estudo, liderado pelo astrónomo Ian Roederer da Universidade de Michigan, identificou 65 elementos na estrela HD 222925. Quarenta e dois dos elementos identificados são elementos pesados que estão listados ao longo da parte inferior da tabela periódica de elementos.

A identificação destes elementos numa única estrela vai ajudar os astrónomos a compreender o que se chama de “processo rápido de captura de neutrões”, ou uma das principais formas pelas quais os elementos pesados do Universo foram criados. Os seus resultados foram publicados no site arXiv e foram aceites para publicação na revista The Astrophysical Journal Supplement Series.

“Tanto quanto sei, é um recorde para qualquer objecto para lá do nosso Sistema Solar. E o que torna esta estrela tão única é que tem uma proporção relativa muito elevada dos elementos listados ao longo dos dois-terços inferiores da tabela periódica. Até detectámos ouro,” disse Roederer. “Estes elementos foram feitos através do processo rápido de captura de neutrões. É o que estamos realmente a tentar estudar: a física na compreensão de como, onde e quando esses elementos foram feitos.”

O processo, também chamado “processo r”, começa com a presença de elementos mais leves, como o ferro. Depois, rapidamente – na ordem de um segundo – neutrões são adicionados aos núcleos dos elementos mais leves. Isto cria elementos mais pesados tais como selénio, prata, telúrio, platina, ouro e tório, do tipo encontrado em HD 222925, e todos eles raramente são detectados em estrelas, segundo os astrónomos.

“São necessários muitos neutrões que sejam livres e um conjunto de condições muito energéticas para os libertar e adicioná-los aos núcleos de átomos,” disse Roederer. “Não há muitos ambientes em que isso possa acontecer – dois, talvez.”

Um destes ambientes foi confirmado: a fusão de estrelas de neutrões. As estrelas de neutrões são os núcleos colapsados de estrelas super-gigantes e são os objectos celestes mais pequenos e mais densos conhecidos. A colisão de pares de estrelas de neutrões provoca ondas gravitacionais e, em 2017, os astrónomos detectaram pela primeira vez ondas gravitacionais da fusão de estrelas de neutrões. Outra forma de o processo r poder ocorrer é após a morte explosiva de estrelas massivas.

“Este é um importante passo em frente: reconhecer onde o processo r pode ocorrer. Mas é um passo muito maior dizer, “O que é que esse evento realmente fez? O que foi produzido lá?” disse Roederer. “É aí que entra o nosso estudo.”

Os elementos que Roederer e a sua equipa identificaram em HD 222925 foram produzidos ou numa super-nova massiva ou numa fusão entre estrelas de neutrões muito cedo no Universo. O material foi ejectado e atirado de volta para o espaço, onde mais tarde foi reformado para a estrela que Roederer está hoje a estudar.

Esta estrela pode então ser usada como um substituto para o que um desses eventos teria produzido. Qualquer modelo desenvolvido no futuro que demonstre como o processo r ou a natureza produz elementos nos dois-terços inferiores da tabela periódica deve ter a mesma assinatura que HD 222925, explica Roederer.

Crucialmente, os astrónomos utilizaram um instrumento no Telescópio Espacial Hubble que pode recolher espectros ultravioletas. Este instrumento foi fundamental para permitir aos astrónomos recolher luz na secção ultravioleta do espectro – luz que é fraca, proveniente de uma estrela fria como HD 222925.

Os astrónomos também utilizaram um dos telescópios Magellan – um consórcio do qual a Universidade de Michigan é parceira – no Observatório Las Campanas no Chile para recolher a luz de HD 222925 na parte óptica do espectro de luz.

Estes espectros codificam a “impressão digital química” de elementos dentro das estrelas e a leitura destes espectros permite aos astrónomos não só identificar os elementos contidos na estrela, mas também a quantidade de um elemento que a estrela contém.

Anna Frebel é co-autora do estudo e professora de física no MIT (Massachusetts Institute of Technology). Ela ajudou na interpretação geral do padrão de abundância de elementos de HD 222925 e na forma como este informa a nossa compreensão da origem dos elementos no cosmos.

“Conhecemos agora a produção detalhada, elemento a elemento, de algum evento de processo r que aconteceu no início do Universo,” disse Frebel. “Qualquer modelo que tente compreender o que se passa com o processo r tem de ser capaz de reproduzir isso.”

Muitos dos co-autores do estudo fazem parte de um grupo chamado “R-Process Alliance”, um grupo de astrofísicos dedicados a resolver as grandes questões do processo r. Este projecto marca um dos principais objectivos da equipa: a identificação de quais os elementos, e em que quantidades, foram produzidos no processo e com um nível de detalhe sem precedentes.

Astronomia On-line
13 de Maio de 2022


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