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Cientistas esboçam sistema estelar envelhecido usando mais de um século de observações
A estrela primária, uma supergigante amarela idosa, tem cerca de duas vezes a massa do Sol, mas cresceu 100 vezes o tamanho do Sol.
Por Jeanette Kazmierczak - 12/03/2021


A estrela primária de U Mon, uma supergigante amarela idosa, tem cerca de duas vezes a massa do Sol, mas cresceu até 100 vezes o tamanho do Sol. Os cientistas sabem menos sobre a companheira, a estrela azul no fundo desta ilustração, mas acham que tem massa semelhante e muito mais jovem que a primária. Crédito: Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA / Chris Smith (USRA / GESTAR)

Os astrônomos pintaram sua melhor imagem de uma variável RV Tauri, um tipo raro de binário estelar onde duas estrelas - uma se aproximando do fim de sua vida - orbitam dentro de um extenso disco de poeira. Seu conjunto de dados de 130 anos abrange a mais ampla gama de luz já coletada para um desses sistemas, de rádio a raios-X.

"Existem apenas cerca de 300 variáveis ​​RV Tauri conhecidas na galáxia da Via Láctea", disse Laura Vega, uma recente recebedora de doutorado na Vanderbilt University em Nashville, Tennessee. "Concentramos nosso estudo no segundo mais brilhante, denominado U Monocerotis, que agora é o primeiro desses sistemas a partir do qual os raios X foram detectados."

Um artigo descrevendo as descobertas, liderado por Vega, foi publicado no The Astrophysical Journal .

O sistema, abreviado de U Mon, fica a cerca de 3.600 anos-luz de distância, na constelação de Monoceros. Suas duas estrelas giram em torno uma da outra a cada seis anos e meio em uma órbita com inclinação de cerca de 75 graus de nossa perspectiva.

A estrela primária, uma supergigante amarela idosa, tem cerca de duas vezes a massa do Sol, mas cresceu 100 vezes o tamanho do Sol. Um cabo de guerra entre pressão e temperatura em sua atmosfera faz com que ele se expanda e contraia regularmente, e essas pulsações criam mudanças de brilho previsíveis com alternância de profundas e superficiais quedas de luz - uma marca registrada dos sistemas RV Tauri. Os cientistas sabem menos sobre a estrela companheira, mas acham que tem massa semelhante e muito mais jovem que a principal.

O disco de resfriamento em torno de ambas as estrelas é composto de gás e poeira ejetados pela estrela primária à medida que ela evolui. Usando observações de rádio do Submillimeter Array em Maunakea, Havaí, a equipe de Vega estimou que o disco tem cerca de 51 bilhões de milhas (82 bilhões de quilômetros) de diâmetro. O binário orbita dentro de uma lacuna central que os cientistas pensam ser comparável à distância entre as duas estrelas em sua separação máxima, quando estão a cerca de 540 milhões de milhas (870 milhões de quilômetros) uma da outra.

Quando as estrelas estão mais distantes umas das outras, elas estão aproximadamente alinhadas com nossa linha de visão. O disco obscurece parcialmente o primário e cria outra flutuação previsível na luz do sistema. Vega e seus colegas acham que é quando uma ou ambas as estrelas interagem com a borda interna do disco, sugando fluxos de gás e poeira. Eles sugerem que a estrela companheira canaliza o gás em seu próprio disco, que aquece e gera um fluxo de gás que emite raios-X. Este modelo poderia explicar os raios X detectados em 2016 pelo satélite XMM-Newton da Agência Espacial Europeia.
 
"As observações XMM tornam U Mon a primeira variável RV Tauri detectada em raios-X", disse Kim Weaver, cientista do projeto XMM US e astrofísica do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "É empolgante ver medições de comprimentos de onda baseadas no solo e no espaço se reunirem para nos dar novos insights sobre um sistema há muito estudado."

Em sua análise de U Mon, a equipe de Vega também incorporou 130 anos de observações de luz visível.

A primeira medição disponível do sistema, coletada em 25 de dezembro de 1888, veio dos arquivos da Associação Americana de Observadores de Estrelas Variáveis ​​(AAVSO), uma rede internacional de astrônomos amadores e profissionais com sede em Cambridge, Massachusetts. AAVSO forneceu medições históricas adicionais que vão desde meados da década de 1940 até o presente.

Os pesquisadores também usaram imagens arquivadas catalogadas pelo Digital Access to a Sky Century @ Harvard (DASCH), um programa do Harvard College Observatory em Cambridge dedicado à digitalização de imagens astronômicas de placas fotográficas de vidro feitas por telescópios terrestres entre as décadas de 1880 e 1990 .

A luz de U Mon varia porque a estrela primária pulsa e porque o disco a obscurece parcialmente a cada 6,5 ​​anos ou mais. Os dados combinados de AAVSO e DASCH permitiram que Vega e seus colegas detectassem um ciclo ainda mais longo, em que o brilho do sistema aumenta e diminui a cada 60 anos. Eles acham que uma dobra ou aglomerado no disco, localizado tão longe do binário quanto Netuno está do Sol, causa essa variação extra durante sua órbita.

Vega completou sua análise do sistema U Mon como NASA Harriett G. Jenkins Predoctoral Fellow, um programa financiado pelo Projeto de Pesquisa e Educação da Universidade Minoritária da NASA Office of STEM Engagement.

Em 12 de maio de 1948, astrônomos do Observatório Boyden em Bloemfontein,
África do Sul, capturaram uma parte do céu contendo U Monocerotis (à esquerda,
circulado) em uma placa fotográfica de vidro. A entrada do diário de bordo (à direita)
para a observação diz: Gusty S wind. HA [Hour Angle] deve ser 2 02 W. Crédito: Harvard College Observatory, Photographic Glass Plate Collection.
Usado com permissão.

"Para sua tese de doutorado, Laura usou esse conjunto de dados históricos para detectar uma característica que, de outra forma, apareceria apenas uma vez na carreira de um astrônomo", disse o coautor Rodolfo Montez Jr., astrofísico do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, também em Cambridge. "É uma prova de como nosso conhecimento do universo se desenvolve ao longo do tempo."

O coautor Keivan Stassun, especialista em formação de estrelas e consultor de doutorado de Vega na Vanderbilt, observa que esse sistema evoluído tem muitos recursos e comportamentos em comum com binários recém-formados. Ambos estão embutidos em discos de gás e poeira, puxam o material desses discos e produzem fluxos de gás. E em ambos os casos, os discos podem formar warps ou grumos. Em binários jovens, eles podem sinalizar o início da formação de planetas.

"Ainda temos dúvidas sobre o recurso no disco do U Mon , que podem ser respondidas por futuras observações de rádio", disse Stassun. "Mas, fora isso, muitas das mesmas características estão lá. É fascinante como esses dois estágios binários de vida se espelham."

 

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