Uma imagem do Wild Duck Cluster foi capturada pelo telescópio MPG / ESO de 2,2 metros no Observatório La Silla, no Chile. As estrelas azuis no centro da imagem são as estrelas do cluster. Cada estrela do Cluster do Pato Selvagem tem cerca de 250 milhões de anos. Estrelas mais antigas e mais vermelhas cercam o cluster. (Imagem: European Southern Observatory)
A maneira como eles se movem desmente a verdadeira idade das quase 3.000 estrelas que povoam um dos mais ricos aglomerados estelares conhecidos. Astrônomos descobriram recentemente que todas as estrelas nasceram na mesma geração, resolvendo um enigma de longa data sobre como as estrelas evoluem.
Os aglomerados de estrelas abrigam muitas gerações de estrelas ou apenas um? Os cientistas há muito buscam uma resposta e, graças ao telescópio MMT da Universidade do Arizona, encontraram um no Pato Selvagem, onde as estrelas giram em velocidades diferentes, disfarçando sua idade comum.
O telescópio MMT está localizado no Monte Hopkins, 37 quilômetros ao sul de Tucson. Quando o telescópio foi concluído em 1979, ele foi chamado de Telescópio de Espelho Múltiplo, pois era composto por seis espelhos menores. Os espelhos menores foram substituídos por um único espelho de 6,5 metros em 2000, mas o nome MMT foi mantido. (Foto: Howard Lester)
Em uma parceria entre a UA e o Instituto de Astronomia e Ciências Espaciais da Coréia, uma equipe de astrônomos coreanos e belgas usou instrumentos da UA para resolver um quebra-cabeça sobre bandos de estrelas chamados aglomerados abertos.
Os astrônomos há muito 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 Wild Duck Cluster - 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 acúmulo de cerca de 2.900 estrelas.
"Os astrônomos trabalham nesta questão há décadas", disse Serena Kim , astrônoma associada do Steward Observatory da UA. "Os clusters se formam em uma geração ou em várias gerações? Nosso estudo respondeu a essa pergunta para o Wild Duck Cluster."
Beomdu Lim da Kyung Hee University liderou uma equipe internacional de astrônomos que usaram o telescópio MMT - operado em conjunto pela UA e pelo Smithsonian Astrophysical Observatory - para estudar o aglomerado. Em um estudo publicado na revista Nature Astronomy , a equipe descobriu que não são as idades das estrelas que as fazem aparecer em uma variedade de cores: é a rotação delas.
Aglomerados abertos contêm milhares de estrelas que os astrônomos acreditam ter 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.
"Como uma estrela está ficando mais velha e mais velha, ela se ilumina e fica mais vermelha", disse Lim.
Um gráfico que compara o brilho (no eixo y) com a cor (no eixo x) de estrelas de 250 milhões de anos no Wild Duck Cluster. Os pontos azuis indicam estrelas individuais. As estrelas mais azuis estão no lado esquerdo, e as estrelas mais vermelhas estão no lado direito. A linha vermelha indica o caminho através desta trama que as estrelas assumem ao longo de sua vida. (Imagem: Beomdu Lim)
Astrônomos traçam o brilho e a cor de estrelas jovens em uma linha diagonal - de brilhante, azul e maciço no topo da linha, até fraca, vermelha e menos massiva na parte inferior - chamada de sequência principal.
O ponto de virada - o ponto no qual uma estrela envelhece e se desvia da sequência principal - é usado para determinar a idade dos grupos baseados 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 Wild Duck Cluster, no entanto, as estrelas se afastam da diagonal em pontos diferentes, como carros tomando diferentes saídas ao longo de uma estrada.
"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 girando 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 um.
As estrelas no Cluster de Patos Selvagens, no entanto, 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 Yaël Nazé, 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 de rotação 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 do que os irmãos mais novos.
As estrelas do aglomerado aparecem em cores diferentes porque a nuvem em que nasceram as colocou em movimento, o que prolongaria a vida útil de algumas delas.
Embora não faça parte do estudo Wild Duck Cluster, Kim trabalhou com Lim no passado para estudar outros aglomerados estelares e descobrir mistérios da formação de estrelas. Suas colaborações fazem parte de uma parceria crescente entre a UA e o Instituto de Astronomia e Ciências Espaciais da Coreia.
Além de se associarem para usar o telescópio MMT, a UA e o Instituto de Astronomia e Ciências Espaciais da Coréia são parceiros no Projeto do Telescópio Gigante de Magalhães; o Laboratório Espelho Richard F. Caris da UA está fabricando os maiores espelhos do mundo. Para mais informações sobre o envolvimento da UA, visite: https://research.arizona.edu/learn more / giant - magellan - telescope - gmt . Para obter mais informações sobre o envolvimento do Astronomy da Coréia e do Instituto de Ciências Espaciais, visite o K-GMT Science Group on-line em kgmt.kasi.re.kr/kgmtscience .
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