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Astrônomos estudam química de estrelas gigantes vermelhas para entender a evolução da Grande Nuvem de Magalhães

O que é a pesquisa

A Grande Nuvem de Magalhães, uma pequena galáxia satélite a cerca de 50 mil parsecs (cada parsec equivale a 3,26 anos-luz) do Sol, é um alvo prioritário para estudar sua evolução química. Como esta galáxia tem uma história de formação estelar diferente da nossa galáxia, a Via Láctea, as propriedades de suas estrelas do ponto de vista químico são também diferentes.

Utilizando o espectrógrafo infravermelho Phoenix instalado no telescópio Gemini Sul, em Cerro Pachon, no Chile, uma equipe internacional de astrônomos liderados pelo Dr. Verne Smith, entre os quais a astrônoma brasileira Katia Cunha, da Coordenação de Astronomia e Astrofísica do Observatório Nacional, como uma das principais colaboradoras, determinou as abundâncias de vários elementos químicos, como carbono, nitrogênio, oxigênio, ferro, sódio e titânio, entre outros, numa amostra de 12 estrelas Gigantes Vermelhas com massas equivalentes a uma e quatro vezes a do nosso Sol.

As estrelas Gigantes Vermelhas estudadas na Grande Nuvem de Magalhaes têm bem menos massa do que as que tinham sido estudadas até agora nesta galaxia. A estrela com menor massa estudada até antes deste trabalho tinha oito vezes a massa do Sol. Tal estudo de estrelas menos massivas só pôde ser realizado por causa da combinação única do espectrógrafo Phoenix com um telescópio do tamanho do Gemini Sul.

Importância da pesquisa

Variações na evolução de uma Galáxia geram diferenças na
composição química do gas que formou suas estrelas, o que resulta em estrelas que diferem acentuadamente das nossas em suas últimas fases evolutivas. Medir e entender essas diferenças químicas é importante para entender a física dos complexos processos de queima nuclear e de mistura que tem lugar na fase Gigantes Vermelha e em fases posteriores da evolução das estrelas.

Numa galáxia, a evolução química é determinada principalmente pelos processos de produção de elementos químicos que ocorrem no núcleo das estrelas (processo chamado núcleosíntese estelar).

À medida que a estrela evolui, ela ejeta o material processado no meio galático interestelar (ISM, da sigla inglesa de galactic interstellar médium). Isso resulta num aumento da quantidade ou enriquecimento do ISM por elementos pesados, à medida que o tempo passa. A quantidade de elementos produzidos e devolvidos ao ISM depende de processos como a história da formação estelar, a evolução interna das estrelas e a núcleo-síntese estelar em função de sua massa, e de como as estrelas realizam seus processos de ejeção de matéria no ISM, e se parte da matéria ejetada é levada para fora da galáxia pelos chamados ventos galáticos.

Comparar as estrelas gigantes vermelhas da Grande Nuvem de Magalhães com as de nossa galáxia tem grande valor. Porém, como as gigantes vermelhas da Grande Nuvem são mais débeis, devido à grande distância, até recentemente não era possível obter espectros no infravermelho dessas estrelas. Sua espectroscopia infravermelha detalhada só tornou-se possível com o advento de grandes telescópios de 8 a 10 metros de diâmetro equipados, como os Gemini, com espectrógrafos de alta resolução, como os Phoenix.

Como a pesquisa é feita

A dependência da razão de oxigênio dividido pelo ferro em relação à quantidade total de ferro das estrelas é crucial para se estudar a historia de formação estelar de populações estelares em diferentes ambientes.

Isto pode ser compreendido da seguinte forma: o elemento Oxigênio é fabricado no núcleo estelar durante as etapas finais de evolução das estrelas mais massivas, que explodem como supernovas. Estas são as chamadas supernovas de tipo II. Por outro lado, a maior parte do Ferro produzido é proveniente da evolução de estrelas menos massivas que também explodem como supernovas, mas em sistemas binários. Estas são chamadas de supernovas de tipo I. Portanto, a evolução da razão Oxigênio/Ferro (razão O/Fe) em relação ao Ferro num dado sistema estelar é uma medida da história das taxas de Supernovas Tipo II em relação a SuperNovas Tipo I e em ultima análise refere-se à historia de formação estelar da Grande Nuvem de Magalhães.

O conteúdo de ferro da Grande Nuvem de Magalhães é bem mais baixo do que o do Sol. A amostra de estrelas estudadas na Grande Nuvem apresenta conteúdo de ferro variando entre 10 e 50 por cento do valor solar. Um dos resultados do trabalho é que a razao O/Fe é mais baixa na Grande Nuvem de Magalhães do que na nossa Galáxia. Isto indicaria que o numero relativo de estrelas que explodiram como Supernovas tipo II era menor do que o numero relativo de estrelas que explodiram como Supernovas tipo I. Essas informações aprimoram os conhecimentos sobre a evolução estelar e galatica: quantas estrelas se formaram, de que massa, e como elas evoluíram.

Texto de divulgação científica publicado em 10 de dezembro de 2002.