Kepler Distingue Gigantes Vermelhas de Gigantes Vermelhas

A missão Kepler tem como objectivo principal a detecção de planetas em trânsito em torno de estrelas semelhantes ao Sol. Para o conseguir o telescópio utiliza um fotómetro sofisticado capaz de medir o brilho das estrelas com uma precisão superior a qualquer outro telescópio, no espaço ou na Terra. Esta precisão ímpar foi agora utilizada por uma equipa de cientistas para estudar o interior de gigantes vermelhas.

À medida que o hidrogénio se esgota no núcleo de uma estrela como o Sol, a energia produzida pela fusão nuclear do hidrogénio diminui. O núcleo, agora formado predominantemente por hélio, perde gradualmente a batalha contra a gravidade e contrai-se lentamente. Quando uma temperatura limite é atingida, as camadas adjacentes ao núcleo, ainda ricas em hidrogénio, iniciam reacções de fusão deste combustível nuclear. A energia libertada por estas reacções provoca um aumento enorme da luminosidade da estrela e a expansão (e arrefecimento) das suas camadas exteriores. A estrela transforma-se numa gigante vermelha. O núcleo, no entanto mantém-se em contracção lenta, sem contribuir com energia para a sustentação da estrela.

(estrutura interna de uma gigante vermelha antes da ignição do hélio nuclear)

Eventualmente, muito milhões de anos passados, o núcleo atinge a temperatura de 100 milhões de Kelvin, suficiente para iniciar a fusão do hélio, até agora inerte. Para estrelas com menos de 2.5 vezes a massa do Sol, o núcleo pára de se contrair antes de atingir a dita temperatura. O núcleo destas estrelas atinge uma densidade tal que os electrões livres exercem uma “pressão degenerada”, um efeito quântico que resulta do Princípio de Exclusão de Pauli, que sustenta núcleo contra a gravidade. Nestas condições, quando a temperatura atinge o ponto de ignição do hélio, as reacções de fusão são desencadeadas de forma quase simultânea por todo núcleo e diz-se que a estrela teve um “helium flash”.

Até agora não existia uma forma de distinguir em que fase da sua evolução uma dada gigante vermelha se encontrava. De facto, apesar de as gigantes vermelhas que apenas realizam a fusão do hidrogénio e as gigantes vermelhas que iniciaram a fusão do hélio terem estruturas internas muito diferentes, as suas propriedades observáveis como a massa, luminosidade e tamanho podem ser muito semelhantes.

Agora, uma equipa de cientistas utilizou os dados obtidos com telescópio Kepler para detectar pequenas oscilações na luminosidade de um conjunto de gigantes vermelhas. Estas oscilações resultam de ondas de choque que se propagam internamente na estrela e são resultado dos movimentos de convecção do plasma no seu interior. Vejam este vídeo.

Estrelas com estruturas internas distintas, especialmente em termos de densidade, produzem oscilações com características diferentes que por sua vez são visíveis como variações de luminosidade com períodos distintos. Ao estudarem os dados relativos às gigantes vermelhas observadas pelo Kepler, os cientistas observaram que os dados se agrupam claramente em dois conjuntos. O primeiro grupo, com oscilações de luminosidade com uma periodicidade centrada nos 50 segundos, é consistente com a estrutura interna de gigantes vermelhas que realizam apenas a fusão de hidrogénio. No segundo grupo, as oscilações têm uma periodicidade entre os 100 e os 300 segundos, consistente com a estrutura interna de gigantes vermelhas em que a fusão do hélio foi já iniciada.

Podem ver a notícia em inglês aqui e o artigo na Nature aqui.