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Estrelas geram nebulosas planetárias mais cedo do que se acreditava

Publicado em 13 dezembro 2010

Fábio de Castro - Agência Fapesp

Determinar a idade das estrelas que se encontram no centro das nebulosas planetárias é um problema complexo para os astrônomos. Ainda não existe um método que possa ser aplicado de forma generalizada para fazer esses cálculos.

Depois de desenvolver e aplicar três diferentes métodos para calcular a idade dessas estrelas, um grupo de cientistas da Universidade de São Paulo (USP) descobriu que elas podem ser mais jovens do que se imaginava.

Acreditava-se que a média de idade das estrelas no centro das nebulosas seria de 5 bilhões de anos. Contudo, na amostra estudada, a maioria das estrelas é mais nova.

Os primeiros resultados do estudo foram publicados no início de 2010 na revista Astronomy and Astrophysics e um novo artigo será lançado no início de 2011. A pesquisa é um dos resultados do Projeto Temático "Nebulosas fotoionizadas, estrelas e evolução química de galáxias", coordenado por Walter Maciel, do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP.

De acordo com Maciel, é importante compreender a dinâmica das nebulosas planetárias, já que elas desempenham um papel crucial na evolução das galáxias.

"Determinar a idade dessas estrelas é fundamental para entender a dinâmica. Nesse estudo, focamos especificamente em estrelas parecidas com o Sol, que deverá ter o mesmo destino delas dentro de alguns bilhões de anos", disse à Agência FAPESP.

Um recém-descoberto sistema planetário parecido com um jogo de sinuca é formado por uma anã branca e uma anã vermelha. Quando uma estrela semelhante ao Sol consome todo o seu combustível, depois de funcionar por bilhões de anos como um imenso reator nuclear, seu interior entra em colapso. Sua parte externa, então, começa a ser ejetada, formando a chamada nebulosa planetária.

"Essa nebulosa vai se afastando da estrela, até se dispersar completamente no meio interestelar. Depois disso, a estrela se transforma em anã branca - uma estrela quente mas pouco brilhante por não fazer reações nucleares. O Sol também passará por esse processo dentro de 4 ou 5 bilhões de anos", disse.

A nebulosa planetária dura pouco, em comparação aos bilhões de anos de vida da estrela: cerca de 20 mil anos. Mas, por liberar metais pesados e muitos outros elementos químicos no espaço interestelar, elas são consideradas objetos importantes para a evolução química das galáxias, segundo o professor.

"Essas estrelas variam muito de tamanho: de alguns décimos da massa do Sol - algo um pouco maior que Júpiter - até oito vezes a massa solar. Em nosso estudo, tratamos apenas de estrelas a partir de 80% da massa do Sol, pois fora dessa faixa a evolução estelar é muito diferente. Quanto maior a massa, menor o tempo de vida da estrela", disse.

Maciel explicou que, ao observar a nebulosa, não se pode detectar a idade da estrela em seu interior. Não há um método aplicável a todos os casos e a maioria dos métodos disponíveis é eficiente apenas para estrelas muito jovens. No caso de estrelas mais velhas, com idades próximas à do Sol - ou seja, de 4 a 5 bilhões de anos -, os resultados são muito incertos.

"Desenvolvemos três métodos para avaliar a idade dessas estrelas. Do conjunto de cerca de 2 mil nebulosas planetárias existentes na galáxia, selecionamos uma amostra de 300 sobre as quais temos mais dados. Começamos então a aplicar a elas os três métodos, calculamos as idades e comparamos os resultados", contou.

Um quarto método está sendo desenvolvido, com base nos dados cinemáticos das estrelas de nebulosas planetárias - isto é, nas informações que relacionam idade e movimento estelar. "Faremos a aplicação desse método em uma amostra maior, de 700 estrelas", disse.

O ideal, segundo Maciel, seria calcular a idade exata de cada estrela individualmente, mas as divergências entre os métodos dificultam a tarefa. "Estamos partindo primeiro de uma perspectiva menos ambiciosa, que consiste em estudar a distribuição dessas idades - ou seja, avaliar qual a porcentagem de estrelas com 1 bilhão de anos, com até 5 bilhões de anos, acima dos 5 bilhões e assim por diante", explicou.

As estrelas estudadas se encontram no disco galáctico, a região da galáxia na qual se encontra o Sistema Solar. "Algumas das estrelas, embora já estejam em nebulosas, são até mais jovens que o Sol, mas evoluíram mais rapidamente, na maior parte dos casos por terem massas maiores. O estudo indica que a maior parte das estrelas da nossa amostra é mais jovem que o Sol, isto é, tem idades abaixo de 5 bilhões de anos", disse.

Além da vertente voltada para o cálculo de idades de estrelas de nebulosas planetárias, o Projeto Temático tem vários outros eixos de pesquisa e todos geraram diversas publicações. Uma das vertentes, por exemplo, avalia as diferenças entre as nebulosas planetárias em relação à sua posição na galáxia.

"A nossa galáxia é composta por um bojo, em seu centro, pelo disco em volta dele e por um halo, mais disperso, em volta do disco. Mas não é fácil saber quais nebulosas estão situadas no próprio bojo, ou no disco mas na direção do bojo. E elas têm propriedades diferentes dependendo da localização. Procuramos entender essas diferenças a partir da análise de abundância de elementos químicos", disse.

Outro estudo relacionado ao Temático trata das propriedades dos ventos das estrelas de nebulosas planetárias, a partir da utilização de modelos sofisticados.

"O vento do Sol é bastante diluído e sua emissão representa a perda de uma quantidade muito pequena de massa. Mas outras estrelas perdem, com os ventos, uma massa 10 bilhões de vezes maior. Estudar isso é algo complexo, porque se trata de um gás em situação muito instável. Para fazê-lo, utilizamos um código bastante complexo", disse.

Há projetos também relacionados, por exemplo, aos aglomerados de estrelas. "Procuramos compreender como esses aglomerados se formam e se dissipam. Nesses estudos, aplicamos ferramentas que permitem definir quando se trata de fato de um aglomerado, ou dos restos de um aglomerado, ou apenas de um grupo de estrelas", disse Maciel.

Bibliografia:

Age distribution of the central stars of galactic disk planetary nebulae

Walter Maciel, R. D. D. Costa and T. E. P. Idiart

Astronomy and Astrophysics

Vol.: 512, A19 (2010)

DOI: 10.1051/0004-6361/200912499