Hubble desvenda o enigma do escurecimento de estrela-monstro

Compreender o que está acontecendo com VY Canis Majoris nos ajuda a explicar o recente escurecimento de Betelgeuse

Concepção artística da estrela hipergigante VY Canis Majoris que mostra as vastas células de convecção e ejeções violentas da estrela. VY Canis Majoris é tão grande que, se substituísse o Sol, a estrela se estenderia por centenas de milhões de quilômetros, entre as órbitas de Júpiter e Saturno. Créditos: Nasa, ESA e R. Humphreys (Universidade de Minnesota) e J. Olmsted (STScI)

No ano passado, os astrônomos ficaram intrigados quando Betelgeuse, a estrela supergigante vermelha brilhante da constelação de Órion, desbotou dramaticamente. O escurecimento durou semanas, até a estrela reviver seu brilho normal. Agora, os astrônomos voltaram suas atenções para uma estrela monstro na constelação adjacente de Canis Major, o Cão Maior.

A hipergigante vermelha VY Canis Majoris – que é muito maior, mais massiva e mais violenta do que Betelgeuse – experimenta períodos muito mais longos e escuros que duram anos. Novas descobertas do telescópio espacial Hubble, da Nasa/ESA, sugerem que os mesmos processos que ocorreram em Betelgeuse estão acontecendo nessa hipergigante, mas em uma escala muito maior.

Este zoom em VY Canis Majoris é uma combinação de imagens do Hubble e impressão de um artista. O painel esquerdo é uma imagem multicolorida do Hubble da enorme nebulosa de material lançada pela estrela hipergigante. Essa nebulosa tem aproximadamente 1,609 trilhão de quilômetros de diâmetro. O painel do meio é uma visão aproximada do Hubble da região ao redor da estrela. A imagem revela nós próximos, arcos e filamentos de material ejetado da estrela enquanto ela passa por seu violento processo de lançar material para o espaço. VY Canis Majoris não é vista aqui, mas o pequeno quadrado vermelho marca a localização do hipergigante e representa o diâmetro do Sistema Solar até a órbita de Netuno. O painel final é uma impressão artística da estrela hipergigante com vastas células de convecção e submetendo-se a violentas ejeções. Créditos: Nasa, ESA e R. Humphreys (Universidade de Minnesota) e J. Olmsted (STScI)
Ejeção de gás

“VY Canis Majoris está se comportando muito como Betelgeuse com esteroides”, explicou a líder do estudo, a astrofísica Roberta Humphreys, da Universidade de Minnesota em Minneapolis (EUA).

Tal como acontece com Betelgeuse, os dados do Hubble sugerem a resposta de por que essa estrela maior está escurecendo. Para Betelgeuse, o escurecimento correspondeu a uma ejeção de gás que pode ter formado poeira, o que obstruiu brevemente parte da luz da estrela de nossa vista, criando o efeito de escurecimento.

“Em VY Canis Majoris vemos algo semelhante, mas em uma escala muito maior. Ejeções massivas de material que correspondem ao seu desbotamento muito profundo, o que provavelmente se deve à poeira que bloqueia temporariamente a luz da estrela”, disse Humphreys.

A enorme hipergigante vermelha é 300 mil vezes mais brilhante que o nosso Sol. Se substituísse o Sol no Sistema Solar, o monstro inchado se estenderia por centenas de milhões de quilômetros, entre as órbitas de Júpiter e Saturno.

“Essa estrela é absolutamente incrível. É uma das maiores estrelas que conhecemos – uma supergigante vermelha muito evoluída. Ela teve várias erupções gigantes”, explicou Humphreys.

Datas recentes

Arcos gigantes de plasma circundam a estrela a distâncias milhares de vezes maiores do que a Terra está do Sol. Esses arcos se parecem com as proeminências solares do nosso Sol, apenas em uma escala muito maior. Além disso, eles não estão fisicamente conectados à estrela. Em vez disso, parecem ter sido jogados para fora e estão se afastando. Algumas das outras estruturas próximas à estrela ainda são relativamente compactas, parecendo pequenos nós e feições nebulosas.

Em trabalhos anteriores do Hubble, Humphreys e sua equipe conseguiram determinar quando essas grandes estruturas foram ejetadas da estrela. Eles encontraram datas que variam nas últimas centenas de anos, algumas apenas nos últimos 100 a 200 anos.

Imagem do Hubble que mostra a enorme nebulosa de material lançada pela estrela hipergigante VY Canis Majoris. Essa nebulosa tem aproximadamente 1,609 trilhão de quilômetros de diâmetro. Créditos: Nasa, ESA e R. Humphreys (Universidade de Minnesota)

Agora, em um novo trabalho com o Hubble, os pesquisadores resolveram características muito mais próximas da estrela, que podem ter menos de um século. Usando o Hubble para determinar as velocidades e movimentos dos nós próximos de gás quente e outras características, Humphreys e sua equipe conseguiram datar essas erupções com mais precisão. O que eles descobriram foi notável: muitos desses nós se ligam a vários episódios nos séculos 19 e 20, quando VY Canis Majoris desbotou para um sexto de seu brilho usual.

Grande escurecimento

As descobertas da equipe foram publicadas na edição de 4 de fevereiro de 2021 do “The Astronomical Journal”.

Ao contrário de Betelgeuse, VY Canis Majoris agora está muito fraca para ser vista a olho nu. A estrela já foi visível, mas escureceu tanto que agora só pode ser vista com telescópios.

A hipergigante perde 100 vezes mais massa do que Betelgeuse. A massa em alguns dos nós é mais do que o dobro da massa de Júpiter. “É incrível que a estrela possa fazer isso”, disse Humphreys. “A origem desses episódios de alta perda de massa em VY Canis Majoris e Betelgeuse é provavelmente causada pela atividade de superfície em grande escala, grandes células convectivas como no Sol. Mas em VY Canis Majoris, as células podem ser tão grandes quanto o todo Sol ou maiores.”

“Isso é provavelmente mais comum em supergigantes vermelhas do que os cientistas pensavam e VY Canis Majoris é um exemplo extremo”, prosseguiu Humphreys. “Pode até ser o principal mecanismo responsável pela perda de massa, o que sempre foi um mistério para as supergigantes vermelhas.”

Estado único

Embora outras supergigantes vermelhas sejam comparativamente brilhantes e ejetem muita poeira, nenhuma delas é tão complexa quanto VY Canis Majoris. “Então, o que há de especial nisso? VY Canis Majoris pode estar em um estado evolutivo único que a separa das outras estrelas. Provavelmente está ativao por um período muito curto, talvez apenas alguns milhares de anos. Não veremos muitos daqueles ao redor”, disse Humphreys.

Localização da hipergigante vermelha VY Canis Majoris no céu. A estrela-monstro está situada logo acima das costas de Canis Major, o Cão Maior. Créditos: Nasa, ESA e J. DePasquale (STScI) Agradecimento: A. Fujii

A estrela começou a vida como uma estrela supergigante azul brilhante, superquente, talvez com 35 a 40 vezes a massa do nosso Sol. Depois de alguns milhões de anos, conforme a taxa de combustão da fusão de hidrogênio em seu núcleo mudou, a estrela inchou até se tornar uma supergigante vermelha. Humphreys suspeita que a estrela pode ter retornado brevemente a um estado mais quente e, em seguida, inchado de volta a um estágio de supergigante vermelha.

“Talvez o que torna VY Canis Majoris tão especial, tão extremo, com esse material ejetado muito complexo, seja o fato de ser uma supergigante vermelha de segundo estágio”, explicou Humphreys. VY Canis Majoris pode já ter perdido metade de sua massa. Em vez de explodir como uma supernova, pode simplesmente desmoronar diretamente em um buraco negro.

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