O primeiro mapeamento de manchas estelares

Desde que Galileu começou a investigar o céu com um telescópio, sabemos que o Sol tem manchas em sua superfície. Mas agora, pela primeira vez, um grupo internacional de astrônomos fez imagens diretas de manchas em uma outra estrela. E elas revelam que nem todas as estrelas espalhadas pelo Universo se comportam da mesma maneira, em termos magnéticos.

A pesquisa tem como primeira autora Rachael Roettenbacher, da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos. Ela está no Brasil para discutir seu trabalho em um simpósio da IAU (União Astronômica Internacional) co-organizado pela Sociedade Astronômica Brasileira em Maresias (SP).

Chamado “Vivendo em torno de estrelas ativas”, o evento, que vai até sexta-feira (21), trará novidades sobre todos os aspectos do estudo de estrelas e de sua relação com planetas circundantes.

A estrela investigada por Roettenbacher e seus colegas é conhecida como Zeta Andromedae. Os pesquisadores conseguiram monitorá-la durante uma rotação completa — 18 dias — e, com isso, construir um mapa de sua superfície. Até então, os astrônomos já sabiam que havia estrelas com mais ou menos manchas, baseados em sua variação de brilho, mas jamais alguém havia mapeado sua distribuição superficial. E não foi moleza conseguir isso.

Embora já saibamos há séculos, graças ao estudo de sua “assinatura de luz” (o espectro, para os íntimos), que as estrelas no céu são similares em natureza ao Sol, a imensa maioria delas aparece apenas como um ponto luminoso, até mesmo ao telescópio. Raras são aquelas que são suficientemente grandes e estão perto o suficiente para que possam ser visualizadas como um disco. E, se isso já é difícil, que dirá discernir manchas em sua superfície.

Em contraponto, no Sol, as manchas já são monitoradas desde 1612, quando Galileu Galilei usou sua luneta e um anteparo para produzir imagens da superfície solar e constatar ali sua presença (assim como a rotação da nossa estrela-mãe). Elas são regiões mais frias da superfície da estrela e estão associadas a variações no poderoso campo magnético do astro.

Mapa da superfície da estrela Zeta Andromedae, indicando a presença de manchas estelares  

O DESAFIO INTERESTELAR

Roettenbacher e seus colegas venceram o imenso desafio de observar as manchas de uma outra estrela lançando mão de uma técnica conhecida como interferometria. A ideia, grosso modo, é usar diversos telescópios pequenos, estrategicamente espalhados, e então combinar as várias observações numa imagem só.

No caso em questão, eles usaram os seis telescópios de 1 metro do CHARA (Centro para Astronomia de Alta Resolução Angular, na sigla inglesa), do Observatório de Monte Wilson, na Califórnia. Distribuídos numa região com 330 metros de diâmetro, quando usados em conjunto, eles podem produzir dados equivalentes a um único espelho de 330 metros.

Claro que há uma série de limitações para observação com interferometria, mas espera-se que um dia seja possível usar a mesma técnica — com outros instrumentos — para visualizar detalhes de planetas similares à Terra em torno de outras estrelas. Por ora, fiquemos felizes com o sucesso no imageamento das manchas de Zeta Andromedae, que rendeu um artigo científico no prestigioso periódico “Nature”.

A estrela, naturalmente, facilita o jogo: trata-se de uma gigante brilhante, representativa da fase final de vida de um astro do tipo, num sistema binário, ou seja, que tem um astro companheiro próximo. Localizada na constelação de Andrômeda, está a 181 anos-luz da Terra.

O mais significativo do trabalho, contudo, foi revelar que o padrão de manchas encontrado é bem diferente do solar, o que por sua vez indica que o dínamo que gera o magnetismo de Zeta Andromedae não opera como o do nosso astro-rei.

Confira a seguir um papo rápido que o Mensageiro Sideral teve com Rachael Roettenbacher.

Rachael Roettenbacher e seu modelo de Zeta Andromedae

Mensageiro Sideral – Zeta Andromedae é uma estrela gigante, então está nos estágios finais de sua vida. Não seria esperado que ela pudesse gerar um padrão diferente de manchas, comparado ao Sol?

Rachael Roettenbacher – Zeta Andromedae é uma gigante e está nos estágios finais de sua vida, e tínhamos razão para acreditar que o padrão de manchas seria diferente do do Sol a partir de outras técnicas de imageamento. Houve muitos estudos de manchas estelares ao longo dos anos que indicavam que estrelas como Zeta Andromedae (que são compostas por uma gigante e uma companheira próxima na sequência principal) teriam manchas estelares em seus polos e teriam manchas muito, muito maiores do que tudo que o Sol pudesse gerar. A coisa interessante aqui é que usamos técnicas diferentes e de imageamento direto e fomos capazes de registrar os padrões em Zeta Andromedae para ver exatamente onde essas manchas estelares estão localizadas. O que nós não sabíamos antes é se o dínamo magnético de Zeta Andromedae e de estrelas parecidas era uma extrapolação daquele do Sol ou não, porque não tínhamos uma ideia clara de onde exatamente estavam as manchas estelares na superfície, por conta de degenerações das outras técnicas de imageamento (uma inabilidade de determinar exatamente a latitude das manchas; latitude é importante, porque as manchas solares só se formam em faixas relativamente estreitas ao redor do equador solar, com algum grau de simetria entre os hemisférios). Com nossas novas imagens que claramente mostram manchas estelares em qualquer latitude sem uma contraparte no hemisfério oposto, parece que uma geração tão complicada de manchas em todos os lugares diferentes na superfície de Zeta Andromedae exige um mecanismo diferente daquele do Sol.

Mensageiro Sideral – É possível usar a mesma técnica para imagear manchas em estrelas na sequência principal, ou o truque é pegá-las quando elas estão na fase gigante, inchada?

Roettenbacher – É possível imagear estrelas na sequência principal com a mesma técnica. O truque, no entanto, é que precisamos de um interferômetro maior ou precisamos nos deslocar para comprimentos de onda mais curtos, porque as manchas nas estrelas da sequência principal são muito menores do que as manchas que observamos em Zeta Andromedae. O conjunto CHARA (Centro para Astronomia de Alta Resolução Angular) no Observatório de Monte Wilson, na Califórnia, consiste de seis telescópios (com espelho primário de 1 metro) numa configuração em forma de Y. A maior distância entre dois telescópios é 330 metros, o que significa que o conjunto é efetivamente um telescópio de 330 metros e o maior interferômetro óptico no mundo. Esse tamanho limita nossa resolução, ou a habilidade para ver detalhes nas estrelas. O instrumento que usamos para o imageamento é o MIRC (Combinador de Infravermelho de Michigan), o único combinador de raios que combina todos os seis telescópios. O MIRC opera no infravermelho (banda H, cerca de 1,65 mícrons). A combinação do MIRC e do CHARA nos dá uma resolução que permitirá ver detalhes em estrelas no céu que sejam grandes o suficiente a partir de nossa posição na Terra. Esses detalhes nas estrelas também precisam ser bem grandes, comparados à própria estrela, para nos permitir que os enxerguemos. Há apenas um pequeno punhado de estrelas para as quais podemos fazer isso e que são suficientemente grandes no céu, suficientemente brilhantes, e têm manchas suficientemente grandes. Para buscar manchas numa estrela da sequência principal vamos ter de melhorar nossos interferômetros, porque as manchas no Sol são significativamente menores do que as que estamos buscando com o MIRC e o CHARA. Para chegarmos lá, precisaremos de interferômetros maiores e levar nossos detectores para os comprimento de ondas visíveis, porque ambos os esforços irão melhorar a resolução, permitindo que vejamos detalhes menores nas estrelas.

Mensageiro Sideral – Por que vocês escolheram esse alvo em particular? Ou ele era parte de uma amostra e foi o que ganhou a loteria, por assim dizer?

Roettenbacher – No momento, o CHARA e o MIRC são a melhor combinação de interferômetro e combinador disponíveis para tentar imagear estrelas. Nossos alvos precisam ser brilhantes (interferômetros têm muitos espelhos que nos fazem perder luz nas reflexões), grandes espacialmente no céu (de forma que possamos não só definir a forma da estrela no céu, mas podemos potencialmente definir traços na superfície), e têm reconhecidamente manchas grandes (porque nossa resolução é limitada, precisamos de traços grandes que causarão óbvias assimetrias na superfície). Como nosso plano era observar e imagear uma estrela durante o período de rotação completo, nós também precisávamos de um alvo com uma rotação de período suficientemente curto para permitir isso (duas a três semanas). Todos esses requisitos sugerem a escolha de sistemas binários próximos com uma estrela gigante primária (classe de estrelas conhecida como RS Canun Venaticorum, ou RS CVn). Há apenas umas poucas RS CVns que satisfazem todos os nossos critérios, e a Zeta Andromedae era a mais promissora. Há outras duas estrelas RS CVn que nós e um colaborador fizemos imagens, e estamos ambos trabalhando para publicá-las. Zeta Andromedae é uma das poucas estrelas em que essa técnica é possível no momento, mas, conforme a tecnologia avançar, será possível observar mais estrelas com manchas.

Mensageiro Sideral – O que vem a seguir nessa linha de pesquisa?

Roettenbacher – Esse trabalho será importante na compreensão dos mecanismos magnéticos por trás da geração de manchas solares. Para que isso seja útil, teremos de observar mais estrelas desse modo. Zeta Andromedae e as duas outras estrelas que já foram imageadas são um bom começo, mas vamos precisar de uma amostra maior. Há algumas outras estrelas que mostram potencial para imageamento de manchas solares por interferometria, mas nós ainda não as observamos, uma vez que essas observações tomam muito tempo de telescópio, já que exigem observações durante toda a noite por uma rotação completa, que gira em torno de duas a três semanas. O que realmente precisamos é de avanços em resolução, para atingir mais alvos. Isso inclui se deslocar para os comprimentos de onda visíveis e construir interferômetros maiores. Um análogo visíveil do MIRC existe no NPOI (Interferômetro de Precisão Óptico da Marinha) e é chamado de VISION (Sistema de Imageamento Visível para Observações Interferométricas no NPOI), mas ele não tem no momento uma área grande o suficiente para exceder a resolução do CHARA/MIRC.

Matéria na íntegra através do link: http://mensageirosideral.blogfolha.uol.com.br/2016/10/17/o-primeiro-mapeamento-de-manchas-estelares/