Medições de alta precisão desafiam teorias sobre estrelas Cefeidas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/06/2024

As estrelas do tipo cefeida são usadas como faróis cósmicos, para ajudar a medir grandes distâncias no Universo.
[Imagem: Gerado por IA/DALL-E]

Faróis cósmicos

As cefeidas são um tipo de estrela pulsante cujo brilho aumenta e diminui ritmicamente com o tempo. Essas pulsações ajudam os astrônomos a medir vastas distâncias no espaço, o que torna as cefeidas as "velas padrão" que nos ajudam a compreender o tamanho e a escala do nosso Universo.

Foi usando essas velas padrão que os astrônomos descobriram que a expansão do Universo está acelerando.

Contudo, apesar de estarem envolvidas com a melhoria da precisão das nossas medições astronômicas, estamos longe de saber tudo sobre essas estrelas variáveis. E talvez tenhamos até mesmo que refazer alguns dos cálculos que as utilizaram.

Um grupo de astrônomos da Universidade de Genebra, do instituto EPFL (Suíça) e da Universidade de Lovaina (Bélgica) acaba de descobrir que o cálculo das pulsações das cefeidas estava errado por uma larga margem.

E isso interfere diretamente na chamada tensão de Hubble, a discrepância nos resultados das duas formas de medição da velocidade de expansão de Universo - a medição pelas cefeidas é uma delas, e a outra é feita com base no fundo cósmico de micro-ondas.

As observações traçaram a expansão e a contração das estrelas cefeidas com uma precisão sem precedentes. À esquerda, espectros observados na cefeida clássica Delta Cephei à medida que os comprimentos de onda mudam devido às pulsações. À direita, a curva de velocidade radial medida pelo Veloce, com o tamanho variável da estrela mostrado (sem escala) usando símbolos em forma de estrela.
[Imagem: R.I. Anderson (EPFL)]

Velocidade radial

Não é totalmente uma surpresa. Apesar de sua importância, estudar as cefeidas é um desafio. Suas pulsações e potenciais interações com estrelas companheiras criam padrões complexos que são difíceis de medir com precisão. Diferentes instrumentos e métodos utilizados ao longo dos anos levaram a dados inconsistentes, complicando a compreensão dessas estrelas.

Foram essas dificuldades que a equipe queria superar, o que eles fizeram por meio de um projeto chamado Veloce, sigla de "Velocidade das Cefeidas" - neste caso, a velocidade de suas pulsações.

"Em particular, as medições da velocidade com que as estrelas se expandem e contraem ao longo da linha de visão - as chamadas velocidades radiais - fornecem uma contrapartida crucial para medições precisas de brilho do espaço. No entanto, tem havido uma necessidade urgente de velocidades radiais de alta qualidade porque é caro coletá-las e porque poucos instrumentos são capazes de coletá-las," disse o professor Richard Anderson, da EPFL.

Ao longo de 12 anos, o projeto Veloce coletou mais de 18.000 medições de alta precisão das velocidades radiais de 258 cefeidas usando espectrógrafos avançados.

"A maravilhosa precisão e a estabilidade a longo prazo das medições permitiram novos insights interessantes sobre como as cefeidas pulsam," disse Giordano Viviani, membro da equipe. "As pulsações levaram a mudanças na velocidade da linha de visão de até 70 km/s, ou cerca de 250.000 km/h. Medimos essas variações com uma precisão típica de 130 km/h (37 m/s), que em alguns casos chega a 7 km/h (2 m/s), o que é aproximadamente a velocidade de um ser humano andando rápido."

O que está em jogo é o enigma da expansão do Universo. Na imagem, a RS Puppis, uma das cefeidas mais luminosas, que aumenta e diminui de brilho em um ciclo de seis semanas.
[Imagem: NASA/ESA/Hubble]

Teorias não explicam

A equipe descobriu também que várias cefeidas apresentam uma variabilidade complexa e modulada em seus movimentos. Isto significa que as velocidades radiais dessas estrelas mudam de maneiras que não podem ser explicadas por padrões de pulsação simples e regulares. Em outras palavras, embora as teorias digam que as cefeidas pulsassem com um ritmo previsível, os dados do Veloce revelam variações adicionais e inesperadas nesses movimentos, que agora precisarão ser compreendidas.

"Isto sugere que existem processos mais intrincados ocorrendo dentro destas estrelas, tais como interações entre diferentes camadas da estrela, ou sinais de pulsação adicionais (não radiais) que podem representar uma oportunidade para determinar a estrutura das estrelas cefeidas por astrossismologia," disse Henryka Netzel.

O estudo também identificou 77 estrelas cefeidas que fazem parte de sistemas binários (duas estrelas orbitando uma à outra) e encontrou mais 14 candidatas, que poderão ser confirmadas no futuro por observações mais precisas.

"Compreender a natureza e a física das cefeidas é importante porque elas nos contam como as estrelas evoluem em geral e porque dependemos delas para determinar as distâncias e a taxa de expansão do Universo," disse Anderson. "Além disso, o Veloce fornece as melhores verificações cruzadas disponíveis para medições semelhantes, mas menos precisas, da missão Gaia da ESA, que eventualmente conduzirá o maior levantamento de medições de velocidade radial das cefeidas."

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