Estrelas geram nebulosas planetárias mais cedo do que se acreditava

Fábio de Castro - Agência Fapesp - 13/12/2010

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.

Idade das estrelas

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.
[Imagem: Mark A. Garlick/University of Warwick]

Nebulosa planetária

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.

Astrônomos reconstituíram a explosão de uma estrela em 3D.
[Imagem: ESO/L. Calçada]

Avaliação da idade

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.

A NASA planeja enviar uma sonda para estudar atmosfera do Sol, incluindo o vento solar.
[Imagem: JHU/APL]

Ventos das estrelas

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.

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