Astrônomos desvendam o “coração” da Eta Carinae

Um grupo internacional de astrônomos , com a participação de brasileiros, obteve imagens com a maior resolução conseguida até hoje da Eta Carinae – um sistema estelar binário, com duas estrelas massivas orbitando uma em torno da outra, situado a quase 8 mil anos-luz da Terra, na Nebulosa Carina.

Por meio das imagens, o grupo de astrônomos conseguiu observar estruturas novas e inesperadas na estrela binária, incluindo uma região entre as duas estrelas onde ventos estelares colidem a velocidades extremamente elevadas.

“As atuais observações permitiram mapear a zona de colisão desses ventos estelares e nos certificar de que, de fato, entendemos os parâmetros básicos do sistema binário”, disse Augusto Damineli, professor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP), à Agência FAPESP.

O pesquisador, que há mais de 20 anos tem se dedicado a estudar, com apoio da FAPESP, fenômenos misteriosos que envolvem a Eta Carinae, é um dos três autores brasileiros do estudo, publicado na revista Astronomy & Astrophysics.

Os outros dois são Mairan Macedo Teodoro, pesquisador do Goddard Space Flight Center da agência espacial norte-americana (Nasa) – que fez doutorado e pós-doutorado com Bolsa da FAPESP –, e José Henrique Groh de Castro Moura, professor do Trinity College Dublin, na Irlanda, que também realizou doutorado direto com Bolsa FAPESP e, assim como Teodoro, foi orientado por Damineli.

De acordo com os pesquisadores, as duas estrelas de Eta Carinae são tão luminosas que sua luz empurra os átomos de suas superfícies, formando ventos estelares muito mais rápidos e densos que os do Sol.

Esses ventos colidem violentamente no turbulento espaço entre as duas estrelas, a velocidades que podem atingir 10 milhões de quilômetros (km) por hora.

O efeito combinado dos ventos estelares se chocando a velocidades extremas faz com que as temperaturas da região aumentem em milhões de graus celsius e que ocorram intensos “dilúvios” de raios X.

A região entre as duas estrelas onde os ventos estelares colidem é, contudo, muito pequena, impossibilitando que telescópios localizados tanto no espaço como no solo obtenham imagens detalhadas.

Por meio de técnicas avançadas de interferometria de longa base na faixa do infravermelho – que combina feixes de luz coletados de um mesmo objeto astronômico por vários telescópios para poder analisá-lo com maior nível de detalhe –, os pesquisadores conseguiram observar, pela primeira vez, essa região de colisão de ventos estelares.

Para isso, utilizaram um instrumento chamado Amber, instalado no Very Large Telescope Interferometer (VLTI) do Observatório Paranal da European Organization for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (ESO), no deserto do Atacama, no Chile, além de três dos quatro telescópios auxiliares do Very Large Telescope (VLT), com espelho de 1,8 metro de diâmetro, que se deslocavam a diferentes distâncias até 130 metros.

Dessa forma, conseguiram aumentar em 100 vezes o poder de resolução que tem um dos telescópios principais do VLT e obter, pela primeira vez, imagens diretas, com acuidade 50 mil vezes maior que a do olho humano, tanto do vento que circunda a estrela primária da Eta Carinae como da zona de colisão entre os ventos.

E, por meio de um efeito chamado Doppler – usado por astrônomos para calcular de forma precisa quão depressa as estrelas e outros objetos astronômicos se afastam ou se aproximam da Terra –, obtiveram imagens dos ventos estelares em diferentes velocidades.

Com isso, conseguiram medir a velocidade e a densidade desses ventos e compará-las com uma modelagem computacional das colisões.

“As imagens que obtivemos por meio do efeito Doppler mostram a colisão dos ventos estelares em diferente velocidades”, disse Damineli. “Com isso, pudemos reconstruir a forma das paredes da cavidade formada pela colisão desde seu apex [ ponto entre as duas estrelas onde o choque é mais forte] até regiões bem mais afastadas”, explicou.

https://youtu.be/1lYHk-g8uCs

Orientação da órbita

De acordo com o pesquisador, no momento em que as imagens da Eta Carinae foram registradas as duas estrelas ainda estavam se aproximando entre si em direção ao periastro – o ponto de órbita onde se encontram mais próximas do astro em torno do qual gravitam – e a cavidade formada pela colisão dos ventos estelares estava aberta na direção dos telescópios.

Com base nessa configuração, os pesquisadores inferiram que, ao chegar ao periastro, a estrela secundária passa por trás da primária, fazendo com que o sistema binário assuma uma orientação de órbita que Damieli e seus colaboradores já previam em estudos publicados desde 1997, mas de forma indireta.

“Na última década, alguns astrônomos que estudam a Eta Carinae insistiam em inverter a orientação de órbita do sistema binário. Agora não há mais dúvidas de que estávamos certos”, avaliou.

Os pesquisadores também observaram por meio das imagens uma inesperada forma em ventoinha na região onde o vento da estrela menor e mais quente da Eta Carinae colide com o vento mais denso da estrela maior.

O vento da estrela menor é menos denso, mas muito mais veloz que o da primária, chegando a atingir 3 mil km por segundo, estimaram.

Com base nessas velocidades dos ventos estelares eles esperam, agora, ser possível criar modelos computacionais mais precisos da estrutura interna da Eta Carinae e compreender como estrelas extremamente massivas perdem massa à medida que evoluem.

“Como a estrela secundária da Eta Carinae é cerca de 200 a 300 vezes mais fraca que a primária, não pudemos vê-la diretamente com a câmara Amber”, afirmou Damineli. “Mas isso deverá ser possível com a câmara Gravity, que entrará em operação em breve no VLTI”, estimou.

Com maior sensibilidade, a câmera deverá permitir aos astrônomos obter imagens interferométricas de objetos astronômicos com ainda mais precisão e em um intervalo de comprimentos de onda maior.

Dessa forma, poderá ser possível acompanhar a estrela secundária da Eta Carinae ponto a ponto, ao longo uma órbita de 5,5 anos, e desenhar sua elipse, afirmou Damineli.

“Quando isso for feito, finalmente poderemos ‘pesar’ a estrela secundária. A massa é o parâmetro mais fundamental de uma estrela”, avaliou.

O artigo VLTI-Amber velocity-resolved aperture-synthesis imaging of Carinae with a spectral resolution of 12 000. Studies of the primary star wind and innermost wind-wind collision zone (doi: 10.1051/0004-6361/201628832), de Weigelt e outros, pode ser lido na revista Astronomy & Astrophysics em www.aanda.org/articles/aa/abs/2016/10/aa28832-16/aa28832-16.html .