Aglomerados Estelares Possuem Apenas uma Geração de Estrelas?

O instrumento Wide Field Imager montado no telescópio MPG/ESO de 2,2 metros, no Observatório de La Silla do ESO, no Chile, obteve esta bela imagem do aglomerado aberto do Pato Selvagem, Messier 11 ou NGC 6705. As estrelas azuis no centro da imagem são as estrelas jovens e quentes do aglomerado. As vermelhas são estrelas de fundo mais velhas e frias.

Os aglomerados de estrelas abrigam muitas gerações de estrelas ou apenas uma? Os cientistas há muito buscam uma resposta e, graças ao telescópio MMT da Universidade do Arizona, encontraram uma no aglomerado do Pato Selvagem, onde as estrelas giram em velocidades diferentes, disfarçando sua idade comum.
Em uma parceria entre a UA e o Instituto de Astronomia e Ciências Espaciais da Coreia, uma equipe de astrônomos coreanos e belgas usou instrumentos da UA para resolver um quebra-cabeça sobre grupos de estrelas chamados aglomerados abertos.
Os astrônomos há tempos acreditam que muitos aglomerados abertos consistem em uma única geração de estrelas, porque uma vez formadas as estrelas, sua radiação expulsa o material próximo necessário para formar novas estrelas.
Mas no Aglomerado do Pato Selvagem - conhecido pelos cientistas como Messier 11, ou M11 - estrelas do mesmo brilho aparecem em cores diferentes, sugerindo que elas são de diferentes idades. A menos que os cientistas tivessem perdido pistas importantes sobre a evolução estelar, deveria haver outra explicação para a disseminação de cores nesse grupo de cerca de 2.900 estrelas.
"Astrônomos têm trabalhado nesta questão há décadas", disse Serena Kim, astrônoma associada do Steward Observatory da UA. "Os aglomerados se formam em uma geração ou em várias gerações? Nosso estudo respondeu a essa pergunta para o Aglomerado do Pato Selvagem".
Beomdu Lim, da Kyung Hee University, liderou uma equipe internacional de astrônomos que usaram o telescópio MMT - operado em conjunto pela UA e o Smithsonian Astrophysical Observatory - para estudar o aglomerado. A equipe descobriu que não são as idades das estrelas que fazem com que elas apareçam em uma variedade de cores: é a rotação delas.
Aglomerados abertos contêm milhares de estrelas que os astrônomos acreditam ter se formado a partir das mesmas gigantes nuvens de gás. Essas estrelas vêm em todos os tamanhos, desde estrelas azuis gigantes de vida curta, dezenas de vezes mais massivas que o nosso sol, até anões de baixa massa e vida longa, que vão queimar por 10 bilhões de anos ou mais. O brilho e a cor de cada estrela mudam à medida que envelhecem, permitindo que os cientistas determinem sua idade.
"Quando uma estrela está ficando mais velha, ela fica mais vermelha", disse Lim.
Astrônomos traçam o brilho e a cor de estrelas jovens em uma linha diagonal - de brilhante, azul e massiva no topo da linha, até fraca, vermelha e menos massiva na parte inferior - chamada de sequência principal.
O ponto de saída - o ponto em que uma estrela envelhece e se desvia da sequência principal - é usado para determinar a idade dos aglomerados com base na expectativa de vida conhecida de cada estrela. Se as estrelas saírem da sequência principal no mesmo ponto, como carros em uma estrada tomando a mesma saída, então as estrelas do aglomerado terão a mesma idade.
No Aglomerado do Pato Selvagem, no entanto, as estrelas se desviam da diagonal em pontos diferentes, como carros tomando diferentes saídas ao longo de uma rodovia.
"Isso não parece intuitivo, já que acredita-se que as estrelas em um aglomerado aberto como M11 pertencem à mesma geração", disse Kim.
Lim e sua equipe decidiram descobrir quais propriedades estelares poderiam potencialmente explicar esse padrão.
Eles viraram o telescópio MMT em direção ao aglomerado para examinar o espectro de cores das estrelas usando uma Hectochelle. O instrumento age como um prisma e espalha a luz das estrelas em seus componentes, que os astrônomos chamam de espectro. Os espectros são como códigos de barras, com cada linha identificando um produto químico diferente na composição da estrela.
Hectochelle pode capturar espectros detalhados de muitas estrelas de uma só vez, tornando-se um instrumento ideal para observar aglomerados como o Pato Selvagem, que consiste em milhares de estrelas.
Quando uma estrela gira, um lado dela está se movendo em direção à Terra e a outra está se afastando. A metade da estrela que gira em direção à Terra emite luz com comprimentos de onda parecidos, tornando a luz mais azul do que seria se a estrela não estivesse em movimento.
A metade da estrela que gira para longe da Terra faz com que os comprimentos de onda pareçam esticados, fazendo com que sua luz pareça mais vermelha. Esse esmagamento e alongamento faz com que as linhas espectrais se espalhem por uma faixa de comprimentos de onda, em vez de atingir apenas uma.
As estrelas no Aglomerado do Pato Selvagem, portanto, estão espalhadas no espectro de cores não por causa de diferentes idades, mas por causa de diferentes períodos de rotação.
"Os efeitos da rotação na evolução estelar foram muitas vezes negligenciados no passado", disse Yael Naze, astrônomo da Universidade de Liège, na Bélgica, e co-autor do artigo.
Os espectros também revelaram que as estrelas estão girando em taxas diferentes. Lim e sua equipe realizaram simulações de computador para descobrir o quão rápido cada estrela está girando. "Uma estrela em rotação rápida pode permanecer no estágio da sequência principal por mais tempo que uma estrela em rotação lenta", disse Lim. "Uma ampla gama de velocidades de estrelas resulta em diferenças de vida entre as estrelas".
A velocidade rotacional é como uma fonte da juventude para uma estrela: quanto mais rápido ela gira, melhor é a mistura de hidrogênio - o combustível da estrela - em seu núcleo. Quanto mais hidrogênio o núcleo recebe, maior a vida da estrela, fazendo com que ela pareça mais vermelha e portanto, mais velhas, do que suas irmãs mais lentas e azuis.
As estrelas no aglomerado aparecem em cores diferentes porque a nuvem em que nasceram as colocou em movimento que estenderia a vida útil de algumas delas.

Fonte: Space Daily via Universidade do Arizona