Quão massiva são as estrelas?

Estrelas massivas – quero dizer verdadeiramente massivas, com 20 ou mais vezes a massa do Sol – são terrivelmente poderosas.

A energia que eles produzem aumenta acentuadamente com a massa, então, no topo dessa faixa, as estrelas podem emitir tanta luz que podem ser vistas em outras galáxias com pequenos telescópios, e cozinhariam qualquer planeta que tivessem. Eles podem iluminar nebulosas inteiras e, quando explodem no final de suas vidas curtas e violentas, podem ofuscar galáxias inteiras. Plural de galáxias.

Mas quão massivas podem ser as estrelas? É uma questão importante em astronomia. Temos uma noção decente de como estrelas como o Sol se comportam, mas à medida que você adiciona mais massa a elas, seu comportamento pode ficar instável. Eles podem se tornar instáveis, pulsantes e até mesmo sofrer explosões que são apenas deste lado de uma supernova catastrófica.

Além disso, quando estrelas massivas explodem, elas semeiam a galáxia ao seu redor com elementos pesados, como o ferro, que fabricam durante sua vida. Esses elementos são necessários para fazer planetas e vida. Literalmente devemos nossa existência a estrelas massivas que se transformam em supernovas. Informações do portal SYFY.

E teoricamente falando, gostaríamos de saber qual é o limite de massa superior porque ajuda os astrônomos a descobrir como as estrelas nascem e como vivem suas vidas.

Até recentemente, pensava-se que esse limite era mais de 300 vezes a massa do Sol, o que é enorme. Mas agora, novas observações da estrela mais massiva conhecida mostram que pode ser um exagero. Os novos resultados implicam que o limite de massa é mais parecido com 200 massas solares.

A estrela é chamada R136a1. Faz parte de um aglomerado compacto de estrelas muito jovens chamado NGC 2070, que está no centro da Nebulosa da Tarântula, uma vasta e extensa nuvem de gás formadora de estrelas em uma galáxia satélite da Via Láctea chamada Grande Nuvem de Magalhães. Está a cerca de 160.000 anos-luz de distância.

Observar R136a1 é difícil. As estrelas no núcleo do NGC 2070 estão muito próximas umas das outras e, mesmo com o Hubble, é difícil separá-las. E isso é crítico; você não pode observar uma estrela e descobrir o que ela está fazendo se sua luz estiver misturada com outra estrela próxima.

Para fazer melhor, uma equipe de astrônomos usou o telescópio Gemini South de 8,1 metros no Chile com uma câmera especial chamada Zorro. O que o torna especial é que ele pode fazer imagens de manchas.

A atmosfera da Terra é uma dor para os astrônomos. Está em constante movimento, com pequenos pacotes de ar voando para frente e para trás. Cada um deles age como uma lente, dobrando a luz que entra em forma de estrelas. Com o tempo, mesmo uma fração de segundo, a imagem pode se mover tanto que fica borrada em um círculo chamado, estranhamente, de disco de visão. Duas ou mais estrelas próximas no céu podem ser misturadas em uma única bolha.

Uma maneira de contornar isso é fazer exposições extremamente curtas, congelando esse movimento. Isso é o que o Zorro pode fazer, tirando imagens com meros 60 milissegundos de duração. No Halloween de 2021, os astrônomos obtiveram 40.000 exposições curtas usando vários filtros diferentes para selecionar certas cores de estrelas. Eles então mudaram e combinaram as observações de cada filtro para negar a dança atmosférica que os borrou.

Quanto maior o telescópio, melhor a resolução; isto é, quanto mais próximos dois objetos podem estar e você ainda pode separá-los. Como o Gemini é tão grande, o uso de imagens speckle pode resultar em observações com resolução tão boa ou melhor do que o Hubble, que tem um espelho de 2,4 metros, mas não precisa lidar com uma atmosfera.

Nas novas imagens – as observações de luz visível de maior resolução da estrela já feitas – R136a1 é visto claramente, assim como dezenas de estrelas ao seu redor. Isso permitiu que os astrônomos obtivessem melhores medições da cor de R136a1 do que nunca.

Essa parte é crítica. As cores de uma estrela podem ser comparadas com as cores esperadas dadas as características da estrela: sua massa, temperatura, tamanho, abundância elementar, idade e muito mais.

Quando tudo estiver dito e feito, as novas medições fornecem uma massa para a estrela monstruosa de 196 vezes a massa do Sol, com uma incerteza de +34 e -27, de modo que poderia razoavelmente estar entre 169 e 230 vezes a massa do Sol. Essa é uma massa incrivelmente alta, mas ainda significativamente menor do que uma estimativa anterior de quase 300 massas solares na extremidade superior.

Os astrônomos que fizeram este trabalho alertam que eles empurraram a imagem de manchas até o limite do que ela pode fazer, então eles não querem traçar uma linha na areia sobre a massa. Ainda é incerto. Mas sugere que, como R136a1 é a estrela mais massiva conhecida, o limite superior de quão massivas as estrelas podem ser pode ser menor do que se pensava.

Aliás, essa é a massa da estrela agora. Tem mais de um milhão de anos e sem dúvida perdeu muita massa ao longo desse tempo em um vento forte; estrelas como esta, chamadas estrelas Wolf-Rayet, são conhecidas por soprar grandes quantidades de material. Então já foi muito mais massivo. O quão massivo não é bem conhecido.

Além disso, a luminosidade que eles obtêm para a estrela é 4,6 milhões de vezes a do Sol. Se você substituísse o Sol por R136a1, ele pareceria do tamanho de seu punho estendido, mas seria tão brilhante que seu punho também pegaria fogo e a Terra queimaria. Então sim. Ainda bem que está a algumas galáxias de distância de nós.

Também muda a forma como pensamos que algumas estrelas explodem. Estrelas extremamente massivas podem sofrer um tipo teórico de explosão chamada supernova de instabilidade de pares, que pode resultar em uma explosão ultraluminosa. No entanto, se o limite de massa superior para estrelas for 200 e não 300 massas solares, isso reduz o número de tais supernovas que podemos ver. Além disso, a quantidade de elementos pesados ​​explodidos por estrelas extremamente massivas depende fortemente da massa, então este novo resultado pode mudar a forma como pensamos que todos esses elementos críticos vieram a ser.

Este não é um resultado esotérico; ele literalmente muda a forma como vemos o Universo e nossas origens nele.

Então, como esse novo resultado pode ser confirmado ou refutado? Mais resolução, e isso significa telescópios maiores, pelo menos algo na faixa de 30 metros. Eles ainda não existem, mas existem planos para construí-los. Isso vai demorar um pouco, então, por enquanto, os astrônomos terão que descobrir outras maneiras de aprimorar as maiores feras estelares que o cosmos pode criar.