Cientistas que estudam a estrela V Hydrae (V Hya) testemunharam a misteriosa agonia da morte da estrela em detalhes sem precedentes. Usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e dados do Telescópio Espacial Hubble (HST), a equipe descobriu seis anéis de expansão lenta e duas estruturas em forma de ampulheta causadas pela ejeção de matéria em alta velocidade para o espaço.
A V Hya é uma estrela do ramo gigante assintótico (AGB) rica em carbono localizada a aproximadamente 1.300 anos-luz da Terra na constelação de Hydra. Mais de 90 por cento das estrelas com massa igual ou superior à do Sol evoluem para estrelas AGB à medida que o combustível necessário para alimentar os processos nucleares é retirado. Entre essas milhões de estrelas, a V Hya tem sido de particular interesse para os cientistas devido aos seu comportamento e características até agora únicas, incluindo erupções de plasma de escala extrema que acontecem aproximadamente a cada 8.5 anos e a presença de uma estrela companheira quase invisível que contribui para o comportamento explosivo da V Hya.
“Nosso estudo confirma que o modelo tradicional de como as estrelas AGB morrem – através da ejeção em massa de combustível por meio de um vento esférico lento, relativamente constante ao longo de 100000 anos ou mais – é, na melhor das hipóteses, incompleto ou, na pior das hipóteses, incorreto”, disse. Raghvendra Sahai, um astrônomo do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e o principal pesquisador do estudo. “É muito provável que uma companheira estelar ou subestelar próxima desempenhe um papel significativo em suas mortes, e entender a física das interações binárias é importante na astrofísica e um de seus maiores desafios. No caso da V Hya, a combinação de uma estrela vizinha e uma hipotética companheira distante é responsável, pelo menos até certo ponto, pela presença de seus seis anéis e pelos fluxos de alta velocidade que estão causando a morte da estrela.”
Mark Morris, astrônomo da UCLA e coautor da pesquisa, acrescentou: “A V Hydra foi apanhada no processo de perder sua atmosfera – em última análise, a maior parte de sua massa – algo que a maioria das estrelas gigantes vermelhas em estágio avançado fazem. Para nossa surpresa, descobrimos que a matéria, neste caso, está sendo expelida como uma série de anéis de saída. Esta é a primeira e única vez que alguém viu que o gás sendo ejetado de uma estrela AGB pode estar fluindo na forma de uma série de ‘anéis de fumaça’ em expansão.
Os seis anéis se expandiram para fora da V Hya ao longo de cerca de 2100 anos, adicionando matéria e impulsionando o crescimento de uma estrutura semelhante a um disco de alta densidade e deformada ao redor da estrela. A equipe apelidou essa estrutura de DUDE, ou Disk Undergoing Dynamical Expansion.
“O estado final da evolução estelar – quando as estrelas passam pela transição de gigantes vermelhas para acabarem como remanescentes estelares de anãs brancas – é um processo complexo que não é bem compreendido”, disse Morris. “A descoberta de que esse processo pode envolver a ejeção de anéis de gás, simultaneamente com a produção de jatos intermitentes de material de alta velocidade, traz uma nova e fascinante ideia à nossa exploração de como as estrelas morrem.”
Sahai acrescentou: “A V Hya está na fase de transição breve, mas crítica, que não dura muito tempo, e é difícil encontrar estrelas nesta fase, ou melhor, ‘pegá-las no ato’. Tivemos sorte e conseguimos visualizar todos os diferentes fenômenos de perda de massa na V Hya para entender melhor como as estrelas moribundas perdem massa no final de suas vidas.”
Além de um conjunto completo de anéis em expansão e um disco deformado, o ato final da V Hya apresenta duas estruturas em forma de ampulheta – e uma estrutura adicional em forma de jato – que estão se expandindo em altas velocidades de 240 km/s. Grandes estruturas de ampulheta foram observadas anteriormente em nebulosas planetárias, incluindo a MyCn 18 – também conhecida como Nebulosa da Ampulheta – uma jovem nebulosa de emissão localizada a cerca de 8000 anos-luz da Terra na constelação sul de Musca, e na mais conhecida Southern Crab Nebulosa, uma nebulosa de emissão localizada a cerca de 7000 anos-luz da Terra na constelação do sul de Centaurus.
Sahai disse: “Observamos pela primeira vez a presença de fluxos muito rápidos em 1981. Então, em 2022, encontramos um fluxo semelhante a jato consistindo de bolhas de plasma compactas ejetadas em alta velocidade direto da V Hya. E agora, nossa descoberta de fluxos de grande angular em V Hya conecta os pontos, revelando como todas essas estruturas podem ser criadas durante a fase evolutiva em que essa estrela gigante vermelha extraluminosa está agora.”
Devido à distância e à densidade da poeira ao redor da estrela, estudar a V Hya exigia um instrumento único com o poder de ver claramente a matéria que está muito distante e também difícil ou impossível de detectar com a maioria dos telescópios ópticos. A equipe recrutou os receptores Banda 6 (1.23 mm) e Banda 7 (0.85 mm) do ALMA, que revelaram os múltiplos anéis e saídas da estrela com total clareza.
“Os processos que ocorrem nos estágios finais das estrelas de baixa massa, e durante a fase AGB em particular, há muito fascinam os astrônomos e têm sido difíceis de entender”, disse Joe Pesce, astrônomo e oficial do programa NSF do NRAO/ALMA. “As capacidades e a resolução do ALMA estão finalmente nos permitindo testemunhar esses eventos com o extraordinário detalhe necessário para fornecer algumas respostas e melhorar nossa compreensão de um evento que acontece com a maioria das estrelas do Universo.”
Sahai acrescentou que a incorporação de dados infravermelhos, ópticos e ultravioletas no estudo criou uma imagem completa de vários comprimentos de onda do que pode ser um dos maiores espetáculos da Via Láctea, pelo menos para os astrônomos. “Cada vez que observamos a V Hya com novas capacidades de observação, ela se torna cada vez mais como um circo, caracterizado por uma variedade ainda maior de feitos impressionantes. A V Hydrae nos impressionou com seus múltiplos anéis e atos, e também pelo fato de que o nosso próprio Sol pode um dia experimentar um destino semelhante, ela nos prendeu à atenção.”
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