SAO 244567: astrônomos observam o renascimento de uma estrela em um flash de hélio

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Esta imagem da Nebulosa Stingray, uma nebulosa planetária que reside a 2.700 anos-luz da Terra, foi obtida com a câmera WFPC2 (Wide Field and Planetary Camera 2) do Hubble em 1998. A estrela em rápida evolução SAO 244567 está localizada no centro da nebulosa. As observações feitas ao longo dos últimos 45 anos mostram que a temperatura à superfície da estrela aumentou quase 40.000 graus. Agora, novas observações do espectro estelar revelaram que SAO 244567 começou a esfriar novamente. Créditos: NASA/ESA/Hubble

Um time internacional de astrônomos tem sido capaz de estudar a evolução estelar em tempo real através do Observatório Espacial Hubble. Ao longo de um período de 30 anos, têm sido observados aumentos dramáticos na temperatura da estrela SAO 244567. Agora, essa estrela está novamente esfriando, tendo renascido para uma fase anterior da evolução estelar. Estas observações a tornam a primeira estrela analisada diretamente durante as fases de aquecimento e esfriamento associado a um renascimento.

Embora o Universo esteja sofrendo constantes mudanças, a maioria dos processos são demasiadamente lentos para serem observados durante o tempo de uma vida humana. No entanto, agora, um time internacional de astrônomos observou uma exceção a essa regra.

Nicole Reindl da Universidade de Leicester, Reino Unido, autora principal do estudo, explicou:

SAO 244567 é um dos raros exemplos de uma estrela que permite a observação da evolução estelar em tempo real. No período de apenas vinte anos essa estrela duplicou de temperatura e foi possível observá-la ionizar o seu invólucro previamente expelido, o qual é agora conhecido como a Nebulosa Stingray.

SAO 24456 reside a 2.700 anos-luz da Terra e é a estrela central da Nebulosa Stingray (Hen 3-1357). A estrela SAO 24456 tem evoluído visivelmente entre as observações feitas ao longo dos últimos 45 anos. Entre 1971 e 2002 a temperatura da superfície da estrela subiu vertiginosamente quase 40.000 graus Celsius. Agora, novas observações feitas com o instrumento COS (Cosmic Origins Spectrograph) a bordo do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA revelaram que SAO 244567 começou novamente a esfriar e a se expandir.

Veja abaixo a sequência da evolução de SAO 244567:

Isto é bem incomum, embora não seja inédito [1]. O rápido esfriamento pode ser facilmente explicado quando se assume que SAO 244567 tinha uma massa inicial de 3 a 4 vezes a massa do Sol. No entanto, os dados mostram que SAO 244567 poderia ter tido uma massa original semelhante à do nosso Sol. Contudo, as estrelas de baixa-massa geralmente evoluem em escalas de tempo muito mais longas e, por isso, o aquecimento rápido vivenciado tem permanecido um mistério durante décadas.

Há dois anos, em 2014, Reindl e seu time propuseram uma teoria que resolvia a questão do rápido aumento de temperatura bem como da baixa massa da estrela SAO 244567. Eles sugeriram que o aquecimento era devido ao que é conhecido como evento flash de invólucro de hélio: uma breve ignição de hélio fora do núcleo estelar [2].

Esta teoria fornece claras implicações claras para o futuro de SAO 244567: se sofreu, efetivamente, um flash de hélio, então esse evento poderia forçar a estrela central a expandir-se e a esfriar novamente, isto é, voltaria à fase anterior da sua evolução. Isto é exatamente o que as novas observações confirmaram.

Reindl esclareceu:

A liberação de energia nuclear pelo flash de hélio força a já muito compacta estrela a expandir-se de volta para grandes dimensões – um “cenário de renascimento”.

Não se trata do único exemplo de uma estrela passando por esse cenário, mas é a primeira vez que se observou uma estrela durante ambas as etapas de aquecimento e esfriamento, sob tal transformação [1].

No entanto, atualmente não existem modelos evolutivos estelares que possam explicar completamente o comportamento de SAO 244567.

Reindl declarou:

Precisamos de cálculos refinados para explicar alguns detalhes não entendidos no comportamento de SAO 244567. Estes poderão não só ajudar-nos a compreender melhor a própria estrela, mas também nos fornecerão uma visão mais profunda sobre a evolução das estrelas centrais de nebulosas planetárias.

Até o dia em que os astrônomos consigam desenvolver modelos mais refinados sobre o ciclo de vida das estrelas, aspectos de como se deu a evolução de SAO 244567 permanecerão um mistério.

Os resultados foram apresentados no artigo intitulado “Breaking news from the HST: The central star of the Stingray Nebula is now returning towards the AGB”, publicado na MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society).

Notas

[1] A outra estrela onde o mesmo tipo de evento de flash de hélio ocorreu [2] foi a FG Sagittae, localizada na direção da constelação de Sagitário (Sagitta), o que torna SAO 244567 a segunda dessa classe. Entretanto, outros objetos que estão experimentando cenário de renascimento são conhecidos e incluem o Objeto de Sakurai, localizado em Sagittarius.

[2] Os eventos de flash de hélio, também conhecidos como pulsos térmicos tardios, ocorrem nas fases finais da evolução de cerca de 25% das estrelas de baixa e média massa. Após sair da sequência principal, essas estrelas entram na fase de expansão como gigantes vermelhas, onde a estrela cresce seu tamanho múltiplas vezes, de forma dramática. Várias mudanças ocorrem na composição química e física da estrela durante essa fase, até que ela tenha esgotado a maior parte do hélio do seu núcleo, o qual passa a ser composto de carbono e oxigênio. A nucleossíntese de hélio permanece ativa em uma fina camada em volta do núcleo de carbono/oxigênio, mas a seguir é desativada assim que o hélio da casca se esgota. Isso permite que a fusão do hidrogênio se reinicie logo acima da camada de hélio. Consequentemente, depois que o hélio gerado adicionalmente se acumula sob a camada de fusão do hidrogênio, a fusão do hélio é reiniciada, originando um pulso térmico que eventualmente leva a estrela a se expandir e a brilhar dramaticamente por um curto período.