Uma investigação realizada pelo IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias) descobriu que, em sistemas binários, as estrelas que evoluem para gigantes vermelhas alteram a forma como giram com as suas companheiras, tornando as suas órbitas mais circulares. O resultado foi obtido após o estudo de cerca de 1000 estrelas oscilantes de tipo solar em sistemas binários, o maior número de objetos deste tipo até à data. Para a sua identificação, foram explorados o terceiro catálogo de dados Gaia (Gaia-DR3) e os catálogos Kepler e TESS da NASA. O estudo foi publicado na revista Astronomy & Astrophysics.

As estrelas binárias, sistemas compostos por duas estrelas ligadas gravitacionalmente, são tesouros para a astrofísica estelar. As duas estrelas do sistema nasceram juntas da mesma nuvem interestelar e, por isso, têm a mesma idade, composição química e distância. Isto significa que podemos derivar as suas propriedades fundamentais, como a massa e a idade, com grande certeza e testar o nosso conhecimento da física estelar. O estudo das interações estrela-estrela em tais sistemas é outro aspeto da astrofísica que nos ajuda a compreender melhor a interação entre os planetas e a sua estrela hospedeira.

Uma técnica poderosa para estudar as estrelas em tais sistemas é chamada asterossismologia. Tal como utilizamos a sismologia da Terra para compreender melhor a estrutura interna do nosso próprio planeta, a asterossismologia permite-nos inferir a estrutura interna e a dinâmica das estrelas através do estudo das variações periódicas de brilho causadas pelas oscilações estelares.

Se um ou ambos os componentes do sistema mostrarem sinais de vibrações ou oscilações estelares, então é possível obter uma imagem abrangente da estrutura e evolução estelares a partir da inferência destas oscilações. Mas encontrar estrelas oscilantes como o nosso Sol, em sistemas binários, tem sido tradicionalmente como procurar uma agulha num palheiro. Neste campo, a missão Kepler da NASA foi a mais prolífica, identificando cerca de 100 sistemas deste tipo.

Agora, um estudo liderado por Paul Beck, investigador do IAC, recentemente publicado na revista Astronomy & Astrophysics, explorou o catálogo Gaia DR3 e os catálogos Kepler e TESS da NASA e identificou cerca de 1000 adicionais osciladores solares em sistemas binários, um aumento considerável da amostra conhecida. Graças a esta nova "colheita", a equipa conseguiu corroborar uma teoria sobre a evolução de estrelas binárias para a qual ainda não existiam evidências observacionais.

Danças menos excêntricas

Quando estrelas como o Sol envelhecem, estão sujeitas a mudanças dramáticas. Quando o Sol tiver esgotado o hidrogénio do seu núcleo, transformar-se-á numa estrela gigante vermelha, expandindo as suas camadas exteriores dezenas a centenas de vezes o atual raio solar. Consequentemente, se as estrelas de um sistema binário estiverem suficientemente próximas, estas alterações de tamanho afetarão presumivelmente a dança das duas companheiras estelares, que começarão a interagir através das marés. Ao longo do tempo, as marés reduzem a excentricidade das órbitas de um sistema, tornando-as cada vez mais circulares.

Períodos orbitais e excentricidades de sistemas binários. O código de cores indica o estágio de evolução (idade) da componente brilhante do sistema, inferido através da análise de "sismos estelares" ou asterossismologia. Sequência principal e subgigantes (MS+SG), ramo gigante vermelha (RGB) e estrelas secundárias do ramo vermelho (RC+2RC) indicam respetivamente as estrelas "jovens", "velhas" e "muito velhas". O mapa de cores de fundo representa a distribuição das ~4000 estrelas binárias bem estudadas a partir de espetroscopia terrestre (catálogo SB9), sendo que as regiões brancas assinalam regiões bem povoadas do espaço de parâmetros. A linha tracejada vertical branca representa a base temporal de 1034 dias do Gaia DR3. Crédito: figura adaptada do artigo científico de Beck et al. 2024, A&A

"Da teoria, esperamos uma tendência na diminuição das excentricidades com o avanço da evolução estelar. No entanto, como é difícil separar estrelas em diferentes fases da sua evolução, esta tendência ainda não tinha sido detetada observacionalmente", explica Beck. Usando técnicas asterossísmicas para distinguir entre gigantes vermelhas menos e mais evoluídas, Beck e colaboradores demonstram que, de facto, as gigantes mais evoluídas encontram-se em órbitas com excentricidades mais baixas. Estes são os efeitos acumulados da interação das marés.

A equipa está otimista em relação ao lançamento do próximo catálogo de dados Gaia (Gaia DR4) e à futura missão PLATO da ESA. A PLATO fornecerá dados para estudar muitas mais estrelas oscilantes, sistemas binários e estrelas que albergam exoplanetas. "Com o Gaia DR4 e o PLATO, serão criados conjuntos de dados ainda maiores, que são ingredientes essenciais para estudos mais aprofundados da coevolução das estrelas e dos sistemas binários que as acolhem. Um conjunto de dados tão rico permitir-nos-á compreender melhor a interação das marés estrela-planeta em sistemas planetários", conclui Beck.

// IAC (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

Estrela binária:
Wikipedia

Gigante vermelha:
Wikipedia

Evolução estelar:
Wikipedia

Asterosismologia:
Wikipedia 
asteroseismology.org

Gaia:
ESA
ESA - 2
Gaia/ESA
Programa Alertas de Ciência Fotométrica do Gaia
Catálogo DR3 do Gaia
Wikipedia

Telescópio Espacial Kepler:
NASA
NASA - 2
Wikipedia

TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite):
NASA
NASA/Goddard
Programa de Investigadores do TESS (HEASARC da NASA)
MAST (Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais)
Exoplanetas descobertos pelo TESS (NASA Exoplanet Archive)
Wikipedia