Gigantes trêmulos podem resolver os mistérios do magnetismo estelar | Revista Quanta

Nosso planeta está condenado. Em alguns bilhões de anos, o sol esgotará seu combustível de hidrogênio e se transformará em uma gigante vermelha – uma estrela tão grande que queimará, escurecerá e engolirá os planetas internos.

Embora os gigantes vermelhos sejam uma má notícia para os planetas, eles são uma boa notícia para os astrofísicos. Seus corações possuem as chaves para a compreensão de uma variedade de corpos estelares, desde protoestrelas incipientes até anãs brancas zumbis, porque bem no fundo delas existe uma força invisível que pode moldar o destino de uma estrela: o campo magnético.

Os campos magnéticos próximos às superfícies das estrelas são frequentemente bem caracterizados, mas o que está acontecendo em seus núcleos é praticamente desconhecido. Isso está mudando, porque as gigantes vermelhas são especialmente adequadas para estudar o magnetismo nas profundezas de uma estrela. Os cientistas fazem isso usando starquakes – oscilações sutis na superfície de uma estrela – como um portal para o interior estelar.

“Os gigantes vermelhos têm essas oscilações que permitem sondar o núcleo com muita sensibilidade”, disse Cama Tim, um asterossismólogo da Universidade de Sydney que estuda estrelas gigantes vermelhas.

No ano passado, uma equipe da Universidade de Toulouse decodificou essas oscilações e mediu os campos magnéticos dentro deles. um trio de gigantes vermelhos. No início deste ano, a mesma equipe campos magnéticos detectados dentro de mais 11 gigantes vermelhas. Juntas, as observações mostraram que os corações dos gigantes são mais misteriosos do que o esperado.

Perto do coração de uma estrela, os campos magnéticos desempenham papéis cruciais na mistura química no interior da estrela, que por sua vez afeta como uma estrela evolui. Ao refinar os modelos estelares e incluir o magnetismo interno, os cientistas poderão calcular as idades estelares com mais precisão. Essas medições podem ajudar a determinar as idades de planetas distantes potencialmente habitáveis ​​e definir as linhas do tempo da formação de galáxias.

“Não incluímos o magnetismo na modelagem estelar”, disse Lisa Bugnet, um astrofísico do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria que desenvolveu métodos para estudar campos magnéticos dentro de gigantes vermelhos. “É uma loucura, mas simplesmente não existe porque não temos ideia de como é [ou] quão forte é.”

Olhe para o sol

A única maneira de sondar o coração de uma estrela é com a asterossismologia, o estudo das oscilações estelares.

Da mesma forma que as ondas sísmicas que atravessam o interior da Terra podem ser usadas para mapear a paisagem subterrânea do planeta, as oscilações estelares abrem uma janela para as entranhas de uma estrela. As estrelas oscilam à medida que seus plasmas se agitam, produzindo ondas que carregam informações sobre a composição interna e a rotação de uma estrela. Bugnet compara o processo a um sino tocando - a forma e o tamanho de um sino produzem um som específico que revela as propriedades do próprio sino.

Para estudar gigantes trêmulos, os cientistas usam dados da missão de caça ao planeta da NASA Telescópio Kepler, que monitorou o brilho de mais de 180,000 estrelas por anos. Sua sensibilidade permitiu que os astrofísicos detectassem mudanças mínimas na luz estelar ligadas a oscilações estelares, que afetam tanto o raio quanto o brilho da estrela.

Mas decodificar as oscilações estelares é complicado. Eles vêm em dois tipos básicos: modos de pressão acústica (modos p), que são ondas sonoras que se movem pelas regiões externas de uma estrela, e modos de gravidade (modos g), que são de frequência mais baixa e confinados principalmente ao núcleo. . Para estrelas como o nosso sol, os modos-p dominam suas oscilações observáveis; seus modos g, que são afetados por campos magnéticos internos, são muito fracos para serem detectados e não conseguem alcançar a superfície da estrela.

Em 2011, o astrofísico da KU Leuven, Paul Beck, e seus colegas dados Kepler usados para mostrar que em gigantes vermelhas, modos p e modos g interagem e produzem o que é conhecido como modo misto. Os modos mistos são a ferramenta que sonda o coração de uma estrela – eles permitem que os astrônomos vejam as oscilações do modo g – e só são detectáveis ​​em estrelas gigantes vermelhas. O estudo dos modos mistos revelou que os núcleos das gigantes vermelhas giram muito mais lentamente do que o envelope gasoso da estrela, ao contrário do que os astrofísicos haviam previsto.

Isso foi uma surpresa – e uma possível indicação de que algo crucial estava faltando nesses modelos: magnetismo.

Simetria Estelar

No ano passado, Gangue Li, um asterosismólogo agora em KU Leuven, foi cavar entre os gigantes de Kepler. Ele estava procurando por um sinal de modo misto que registrasse o campo magnético no núcleo de uma gigante vermelha. “Surpreendentemente, eu realmente encontrei alguns exemplos desse fenômeno”, disse ele.

Normalmente, as oscilações de modo misto em gigantes vermelhas ocorrem quase ritmicamente, produzindo um sinal simétrico. Bugnet e outros tiveram previsto que os campos magnéticos quebrariam essa simetria, mas ninguém foi capaz de fazer essa observação complicada - até a equipe de Li.

Li e seus colegas encontraram um trio gigante que exibia as assimetrias previstas e calcularam que o campo magnético de cada estrela era até “2,000 vezes a força de um imã de geladeira típico” – forte, mas consistente com as previsões.

No entanto, um dos três gigantes vermelhos os surpreendeu: seu sinal de modo misto estava invertido. “Ficamos um pouco confusos”, disse Sébastien Deheuvels, autor do estudo e astrofísico em Toulouse. Deheuvels acha que esse resultado sugere que o campo magnético da estrela está inclinado para o lado, o que significa que a técnica pode determinar a orientação dos campos magnéticos, o que é crucial para atualizar os modelos de evolução estelar.

Um segundo estudo, liderado por Deheuvels, usou a asterossismologia de modo misto para detectar campos magnéticos nos núcleos de 11 gigantes vermelhas. Aqui, a equipe explorou como esses campos afetaram as propriedades dos modos-g – que, observou Deheuvels, podem fornecer uma maneira de ir além das gigantes vermelhas e detectar campos magnéticos em estrelas que não mostram essas raras assimetrias. Mas primeiro “queremos encontrar o número de gigantes vermelhas que mostram esse comportamento e compará-los com diferentes cenários para a formação desses campos magnéticos”, disse Deheuvels.

Não apenas um número

O uso de terremotos para investigar o interior das estrelas deu início a um “renascimento” na evolução estelar, disse Conny Aerts, um astrofísico da KU Leuven.

O renascimento tem implicações de longo alcance para nossa compreensão das estrelas e de nosso lugar no cosmos. Até agora, sabemos a idade exata de apenas uma estrela – nosso sol – que os cientistas determinaram com base na composição química de meteoritos que se formaram durante o nascimento do sistema solar. Para todas as outras estrelas do universo, estimamos apenas as idades com base na rotação e na massa. Adicione o magnetismo interno e você terá uma maneira de estimar as idades estelares com mais precisão.

E a idade não é apenas um número, mas uma ferramenta que pode ajudar a responder algumas das questões mais profundas sobre o cosmos. Veja a busca por vida extraterrestre. Desde 1992, os cientistas detectaram mais de 5,400 exoplanetas. O próximo passo é caracterizar esses mundos e determinar se eles são adequados para a vida. Isso inclui saber a idade do planeta. “E a única maneira de saber sua idade é conhecendo a idade da estrela hospedeira”, disse Deheuvels.

Outro campo que requer idades estelares precisas é a arqueologia galáctica, o estudo de como as galáxias são montadas. A Via Láctea, por exemplo, engoliu galáxias menores durante sua evolução; os astrofísicos sabem disso porque as abundâncias químicas nas estrelas traçam sua ancestralidade. Mas eles não têm uma boa linha do tempo para quando isso aconteceu – as idades estelares inferidas não são precisas o suficiente.

“A realidade é que, às vezes, temos um fator [de] 10 errado na idade estelar”, disse Aerts.

O estudo de campos magnéticos dentro de corações estelares ainda está em sua infância; existem muitas incógnitas quando se trata de entender como as estrelas evoluem. E para Aerts, há beleza nisso.

“A natureza é mais imaginativa do que nós”, disse ela.

A viagem de Jackson Ryan para esta reportagem foi parcialmente financiada pelo Programa de Residência para Jornalistas Científicos da ISTA.