Cientistas do STScI (Space Telescope Science Institute), em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland, pretendiam estudar um objeto estelar e acabaram por descobrir algo ainda mais emocionante.

Utilizando dados do telescópio espacial Euclid da ESA e do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, a equipa planeava analisar os movimentos das estrelas dentro de um antigo aglomerado estelar denominado enxame globular. Mas o que encontraram quando agruparam as estrelas do enxame por brilho e cor, tal como observadas pelo Euclid, foi uma fina "lacuna" de estrelas de baixa massa esperadas, mas ausentes, chamadas anãs vermelhas. Pensa-se que esta lacuna esteja ligada a alterações que ocorrem no interior de algumas estrelas, dando aos astrónomos um vislumbre dos processos que ocorrem no interior das estrelas, mesmo a milhares de anos-luz de distância.

Esta é a primeira vez que esta característica foi descoberta num enxame globular. "A descoberta foi fortuita", afirmou Andrea Bellini, do STScI, um dos principais autores do artigo científico. "Não estávamos à procura da lacuna, mas encontrámo-la.»

Compreendendo a lacuna

A existência desta lacuna em estrelas relativamente próximas foi descoberta em 2018 por cientistas que analisavam dados do observatório Gaia da ESA. Essa equipa representou graficamente cerca de 250.000 estrelas do arquivo Gaia num diagrama de Hertzsprung-Russell (HR), uma das ferramentas mais importantes nos estudos estelares. Este é o gráfico que os astrónomos utilizam para classificar as estrelas e rastrear os seus ciclos de vida.

No diagrama HR, as luminosidades estelares são representadas em função das suas cores, que servem como indicador das suas temperaturas. As posições das estrelas no diagrama revelam fases específicas da evolução estelar. Talvez a característica mais distintiva seja a faixa de estrelas da sequência principal que atravessa diagonalmente o diagrama.

À medida que a precisão e a sensibilidade da astronomia moderna melhoram, os astrónomos conseguem posicionar as estrelas com maior precisão no gráfico. Os dados do Gaia revelaram uma característica até então desconhecida - uma faixa estreita e diagonal de estrelas, na sua maioria ausentes, que atravessa a sequência principal no meio da região das anãs vermelhas.

O que causa, então, esta lacuna? Parece que, em algumas anãs vermelhas, o combustível acumulado nos seus centros pode desencadear uma explosão de energia que resulta em instabilidade estrutural no interior da estrela. Com massas entre 0,34 e 0,36 vezes a do Sol, as anãs vermelhas sofrem pequenas variações que alteram o seu tamanho, brilho e temperatura. Como apenas um pequeno número de estrelas está a sofrer estas alterações, há uma escassez de anãs vermelhas com estes brilhos específicos. Isto reflete-se no diagrama HR como uma lacuna.

Este gráfico mostra a lacuna de brilho que os cientistas descobriram com o Euclid ao agruparem as estrelas do enxame globular NGC 6397 por brilho e cor. O que observaram foi uma estreita "lacuna" de estrelas de baixa massa, conhecidas como anãs vermelhas, que se esperava encontrar mas que estavam em falta. As observações correspondem bem à previsão do seu modelo. Pensa-se que esta lacuna esteja ligada a alterações que ocorrem no interior de algumas estrelas, dando aos astrónomos um vislumbre dos processos que decorrem no interior das estrelas, mesmo a milhares de anos-luz de distância. Esta é a primeira vez que esta característica de lacuna foi descoberta num enxame globular. Crédito: Massimo Griggio (STScI), Leah Hustak (STScI)

Permitindo estimativas de distância mais precisas

No caso do Gaia, as estrelas encontravam-se a uma multiplicidade de distâncias diferentes e tinham idades, histórias e composições químicas variáveis. Em contraste, as estrelas dentro de um enxame globular partilham uma história comum, tendo-se formado no mesmo ambiente e aproximadamente no mesmo momento do tempo cósmico.

"Os enxames globulares são os laboratórios ideais para estudar a evolução estelar e as populações estelares", afirma Massimo Griggio, do STScI, autor principal do artigo científico. "Neste enxame globular, as estrelas encontram-se basicamente à mesma distância e têm aproximadamente a mesma idade".

A equipa do STScI utilizou o Euclid para estudar NGC 6397, um dos enxames globulares mais próximos da Terra. Localizado a cerca de 8000 anos-luz de distância, na constelação austral de Ara (ou Altar), contém centenas de milhares de estrelas e estima-se que tenha 13,4 mil milhões de anos.

"Como conseguimos determinar o brilho no local da lacuna com grande precisão e sabemos para que massas estelares ela ocorre, podemos utilizar esta informação para estimar a distância do enxame", afirmou Russell Ryan, do STScI, outro dos principais investigadores.

O Gaia descobriu a lacuna ao observar estrelas na vizinhança local, que são normalmente mais jovens do que as estrelas nos enxames globulares. Agora, a equipa do Euclid descobriu que o mesmo processo ocorre exatamente no interior de estrelas mais distantes.

Ferramentas do Hubble abrem caminho para novas descobertas

Esta descoberta não teria sido possível sem o software e as técnicas originalmente desenvolvidas no STScI para o Telescópio Espacial Hubble ao longo de mais de duas décadas. A equipa utilizou estas ferramentas, desenvolvidas principalmente por Jay Anderson do STScI, para realizar as medições de alta precisão necessárias para detetar esta característica no ambiente extremamente denso de um enxame globular. Embora o campo de visão do Hubble seja muito, muito menor, quando estas ferramentas foram combinadas com a visão panorâmica do Euclid, a lacuna tornou-se claramente visível.

"Com estas ferramentas, demonstramos que podemos empurrar os limites do Euclid e, no futuro, do Telescópio Espacial Roman, num amplo campo de visão", afirmou Mattia Libralato, membro da equipa, anteriormente no STScI e atualmente no INAF (Italian National Institute for Astrophysics) em Pádua, Itália. "Investigações adicionais com o Euclid e, no futuro, com o Roman, permitir-nos-ão, esperamos, perceber melhor esta característica também noutros enxames globulares".

Os resultados da equipa foram publicados na revista Astronomy & Astrophysics.

// STScI (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)

Quer saber mais?

Diagrama de Hertzsprung–Russell:
Wikipedia
Diagrama visto pela missão Gaia da ESA (Wikipedia)

Anãs vermelhas:
Wikipedia

NGC 6397:
NASA
Wikipedia

Enxame globular:
Wikipedia

Euclid:
ESA
Wikipedia
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Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA 
ESA
STScI
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais
Arquivo de Ciências do eHST
Wikipedia

Gaia:
ESA
Página da ESA para a comunidade científica
Arquivo de dados do Gaia (ESA)
Wikipedia