Kepler observa dançarinas estelares no exame das Plêiades

Tal como bailarinas cósmicas, as estrelas do enxame das Plêiades giram. Mas estas dançarinas celestes giram a velocidades diferentes. Os astrónomos há muito que querem saber o que determina as rotações destas estrelas.

Esta imagem mostra o enxame estelar das Plêiades através dos olhos do WISE da NASA. Crédito: NASA/JPL-Caltech/UCLA

Ao observar estas dançarinas estelares, o Telescópio Espacial Kepler da NASA, durante a sua missão K2, ajudou a recolher o mais completo catálogo de períodos de rotação de estrelas num enxame. Esta informação pode ajudar os astrónomos a ter uma visão sobre onde e como os planetas se formam em torno destas estrelas e como essas estrelas evoluem. Esperamos que, ao compararmos os nossos resultados com os de outros enxames, possamos aprender mais sobre a relação entre a massa de uma estrela, a sua idade e até mesmo sobre a história do seu sistema solar," afirma Luisa Rebull, investigadora no IPAC (Infrared Processing and Analysis Center) do Caltech em Pasadena, no estado americano da Califórnia. Ela é a autora principal de dois novos artigos e coautora de um terceiro sobre estes resultados, todos publicados pela revista Astronomical Journal.

O enxame aberto das Plêiades (M45) é um dos mais próximos e mais facilmente observáveis, situado, em média, a apenas 445 anos-luz da Terra. Com mais ou menos 125 milhões de anos, estas estrelas já podem ser consideradas jovens adultas. Nesta fase das suas vidas, as estrelas provavelmente giram mais rápido que nunca. À medida que uma típica estrela atravessa a idade adulta, perde alguma rotação devido à emissão abundante de partículas carregadas conhecida como vento estelar (no nosso Sistema Solar, chamamos a este fenómeno vento solar). As partículas carregadas são transportadas ao longo dos campos magnéticos da estrela que, no geral, exerce um efeito de travagem sobre a velocidade rotação da estrela.

Rebull e colegas procuraram aprofundar estas dinâmicas da rotação estelar com o Kepler. Tendo em conta o seu campo de visão no céu, o Kepler observou aproximadamente 1000 membros estelares das Plêiades ao longo de 72 dias. O telescópio mediu as velocidades de rotação de mais de 750 estrelas nas Plêiades, incluindo cerca de 500 das mais leves, pequenas e ténues do enxame, cujas rotações não podiam ser detetadas anteriormente com instrumentos terrestres. As medições da luz estelar pelo Kepler inferem a velocidade de rotação de uma estrela captando pequenas mudanças na sua luminosidade. Estas alterações resultam de "manchas estelares" que, tal como as mais conhecidas manchas solares do nosso Sol, formam-se quando as concentrações do campo magnético impedem a libertação normal de energia à superfície de uma estrela.

As regiões afetadas tornam-se mais frias do que os arredores e, por isso, aparecem escuras em comparação. À medida que as estrelas giram, as suas manchas estelares entram e saem do ponto de vista do Kepler, fornecendo uma maneira de determinar a velocidade de rotação. Ao contrário das minúsculas manchas que o nosso Sol, de meia-idade, por vezes apresenta, as manchas estelares podem ser gigantescas em estrelas jovens como as das Plêiades porque a juventude estelar está associada a uma maior turbulência e atividade magnética. Estas manchas estelares desencadeiam maiores quedas no brilho e tornam mais fáceis de obter as necessárias medições da rotação.

Durante as suas observações das Plêiades, emergiu um padrão claro nos dados: as estrelas mais massivas tendem a girar mais lentamente, enquanto as estrelas menos massivas tendem a girar mais rapidamente. Os períodos de rotação das estrelas grandes e lentas variam entre 1 e 11 dias terrestres. Muitas estrelas de pequena massa, no entanto, levam menos de um dia a completar uma pirueta (em comparação, o nosso calmo Sol completa uma rotação a cada 26 dias). A população de estrelas em rotação lenta varia de estrelas um pouco maiores, mais quentes e massivas que o Sol, até outras estrelas mais pequenas, frias e leves. No outro extremo, as estrelas velozes e de menor massa possuem, no mínimo, um-décimo da massa do Sol.

"No 'ballet' das Plêiades, vemos que as estrelas cuja rotação é lenta tendem a ser mais massivas, enquanto as mais rápidas tendem a ser muito leves," realça Rebull. Rebull e colegas sugerem que a principal fonte destas diferentes rotações é a estrutura interna das estrelas. As estrelas maiores têm um enorme núcleo envolto numa camada fina de material estelar que atravessa um processo chamado convecção, parecido com o movimento circular da água a ferver. As estrelas pequenas, por outro lado, consistem quase no seu todo de regiões convectivas. À medida que as estrelas envelhecem, o mecanismo de travagem dos campos magnéticos diminui mais facilmente a rotação da camada fina e mais externa das grandes estrelas do que a camada comparativamente espessa e turbulenta das estrelas pequenas.

Graças à proximidade das Plêiades, os investigadores pensam que deverá ser possível desembaraçar as complexas relações entre as velocidades de rotação e outras propriedades estelares. Essas propriedades estelares, por sua vez, podem influenciar os climas e a habitabilidade de exoplanetas aí presentes. Por exemplo, à medida que a rotação diminui, o mesmo acontece com a produção das manchas estelares e suas tempestades associadas. Uma menor quantidade de tempestades estelares significa uma menos intensa e prejudicial radiação libertada para o espaço, irradiando planetas próximos e suas biosferas potencialmente emergentes.

"O enxame das Plêiades fornece uma âncora para os modelos teóricos da rotação estelar em ambas as direções, jovens e velhas," afirma Rebull. "Ainda temos muito que aprender no que toca ao como, quando e porquê de as estrelas diminuírem os seus períodos de rotação. Rebull e colegas estão agora a analisar dados da missão K2 pertencentes a outro enxame estelar mais velho, o Presépio (M44), a fim de explorar este fenómeno da estrutura e evolução estelar.

"Estamos muito contentes com a missão K2 no que toca aos dados de enxames estelares, como as Plêiades, pois forneceu aos astrónomos novas informações e ajudou a aumentar o nosso conhecimento de como as estrelas giram ao longo das suas vidas," comenta Steve Howell, cientista da missão K2 no Centro de Pesquisa Ames da NASA em Moffett Field, Califórnia, EUA. A missão K2, em termos de estudos estelares, usa a capacidade do Kepler em observar com precisão as mudanças minúsculas na luz emitida. A missão principal do Kepler terminou em 2013, mas no ano seguinte começou a missão K2, que continua a fazer observações exoplanetárias e astrofísicas