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Pesquisadores do ON buscam estrelas peculiares no Campo do Halo Galáctico

Publicado em 20/09/2021 11h34

Pesquisadores do Observatório Nacional investigaram em uma pesquisa recente uma amostra de 35 estrelas do halo da nossa galáxia, algumas delas ainda não analisadas na literatura, buscando estrelas quimicamente peculiares.

Mais precisamente, o autor principal do estudo, Eric Moura Lopes, procurou por estrelas CEMP, que são objetos pobres em metal, mas ricos em carbono, que divergem do padrão das estrelas do halo da nossa galáxia.

O halo galáctico é a região externa das galáxias que abriga uma população de estrelas que podem conter até milhões de estrelas pobres em metais (na astronomia, todos os elementos químicos mais pesados que hidrogênio e o hélio) além dos aglomerados globulares. O halo em torno da Via Láctea é um ambiente importante para se estudar a evolução da nossa galáxia, pois contém objetos quase tão antigos quanto o próprio Universo. Em particular, a composição química de estrelas pobres em metais fornece informações valiosas relacionadas aos estágios iniciais de formação galáctica, assim como possíveis sítios astrofísicos onde a nucleossíntese¹ de elementos químicos ocorreram.

Concepção artística da Via Láctea vista de perfil, onde pode-se observar o bojo central, o disco e o halo galáctico, além das bandas de poeira que obscurecem o disco

De maneira geral, as estrelas do halo galáctico têm tendência a apresentar baixa metalicidade, ou seja, baixa abundância de elementos químicos diferentes de hidrogênio (em comparação com a abundância solar). Contudo, existe um grupo de estrelas, as estrelas CEMP (sigla em inglês para “estrelas pobres em metal e enriquecidas com carbono”), que divergem desse padrão. Essas estrelas possuem, dentre outras características, uma grande quantidade de carbono, podendo ser acompanhada de uma sobreabundância nitrogênio e de elementos pesados produzidos por processos de captura de nêutrons. 

Para tentar identificar estrelas CEMP, o pesquisador do Observatório Nacional, Eric Moura Lopes, investigou em sua dissertação de mestrado, apresentada ao Programa de Pós-graduação em Astronomia do ON/MCTI sob orientação do pesquisador do ON Claudio Bastos Pereira, uma amostra de 35 estrelas de baixa metalicidade e, portanto, candidatas a estrelas do halo. O objetivo específico do trabalho era obter as abundâncias de carbono, nitrogênio e oxigênio dessas estrelas, algumas delas ainda não analisadas na literatura.

Para analisar a amostra obtida com o espectrógrafo² FEROS (Fiber-fed Extended Range Optical Spectrograph) do ESO (European Southern Observatory), Lopes utilizou a técnica de síntese espectral em espectros de alta resolução. Essa técnica permite, dentre outras funções, obter abundâncias químicas de atmosferas estelares comparando espectros observáveis de alto poder de resolução com espectros desenvolvidos computacionalmente.

A técnica de espectroscopia utiliza a radiação eletromagnética emitida pelas estrelas para determinar propriedades físicas e composição química da sua atmosfera.

Conforme destacou o pesquisador, as estrelas do halo tornam-se importantes para reconstruir a história da Via Láctea. Isso porque esses objetos assumem o papel de “registros fósseis” das primeiras gerações de estrelas, pois retêm em suas atmosferas informações importantes acerca da composição química do meio em que foram gerados.

Existem dois fenômenos que podem explicar a presença de elementos químicos como carbono e nitrogênio nessas estrelas: o colapso de supernovas e a nucleossíntese de estrelas de um sistema binário, com transferência de massa.

O colapso de supernovas acontece quando a queima (transformação do silício em ferro) no núcleo da estrela cessa. Quando isso acontece, as chamadas reações exotérmicas, ou seja, reações que liberam energia para o meio, acabam. Consequentemente, o núcleo da estrela se contrai e as camadas externas colapsam sobre este núcleo, sendo ricocheteadas em seguida. Nesse processo, são ejetadas todas essas camadas e uma quantidade de energia muito grande é liberada, gerando um brilho intenso. A explosão extremamente luminosa espalha elementos químicos como hidrogênio, hélio, oxigênio e carbono entre outros.

“Estudos anteriores revelaram que uma grande quantidade de oxigênio foi dispersa no meio interestelar a partir de explosões de supernovas do tipo II, pertencentes às primeiras gerações estelares”, destacou Lopes. “Mesmo que colapsos de supernovas ocorram com mínima frequência, esse processo detém de uma grande capacidade de produzir elementos pesados em um curto tempo, sendo a principal fonte de origem desses elementos nas estrelas mais antigas do halo galáctico”, observou o pesquisador.

Já a nucleossíntese é um processo que ocorre no interior das estrelas e consiste em um conjunto de reações nucleares que fabricam  elementos químicos. Mais precisamente, o que acontece é a transformação de um elemento em outro em que o subproduto é a geração de energia.

 

Diagrama HR criado com um conjunto das 400 estrelas mais próximas

Resultados do estudo

De acordo com os resultados obtidos por Lopes, não foi observada nenhuma sobreabundância de carbono e nitrogênio na amostra em questão. Em relação ao oxigênio, foram observadas sobreabundância na faixa de metalicidade estudada. Além disso, as razões de abundância (Carbono/Ferro, Nitrogênio/Ferro e Oxigênio/Ferro) são semelhantes aos dados da literatura para as estrelas de mesma metalicidade. 

“Nenhuma peculiaridade relacionada aos elementos carbono e nitrogênio foi identificada nos resultados das estrelas deste projeto, sendo as conclusões semelhantes ao padrão de evolução química já observados na literatura. Portanto, as estrelas descrevem um comportamento normal quando relacionadas com as estrelas do campo do halo presentes na literatura, seguindo as tendências evolutivas.” 

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¹ Nucleossíntese: Conjunto de reações nucleares que a partir de determinada temperatura, densidade e pressão, permitem formar novos núcleos atômicos. Ocorrem principalmente no interior de estruturas estelares e nos estágios iniciais de formação do universo.

² Espectrógrafo: Instrumento astronômico capaz de dispersar a luz estelar formando um espectro, medido em comprimento de onda.