Primeiro Censo da Variável Mira-Tipo Estrelas na Galáxia Fora do Grupo Local
10 Junho 2003
Uma equipa internacional liderada pela astrónoma ESO Marina Rejkuba descobriu mais de 1000 estrelas vermelhas variáveis luminosas na vizinha galáxia elíptica Centauro A (NGC 5128). As mudanças de luminosidade e períodos destas estrelas foram medidas com precisão e revelam que são, na sua maioria, estrelas variáveis frescas de longo período do chamado “tipo Mira”. A variabilidade observada é causada por pulsações estelares. Esta é a primeira vez que um censo detalhado de estrelas variáveis foi realizado para uma galáxia fora do Grupo Local de Galáxias (do qual a galáxia Via Láctea em que vivemos é um membro). Também abre uma janela inteiramente nova para o estudo detalhado do conteúdo estelar e da evolução das galáxias elípticas gigantes. Presume-se que estes objectos massivos desempenham um papel importante na montagem gravitacional dos aglomerados de galáxias no Universo (especialmente durante as fases iniciais). Este projeto de pesquisa sem precedentes é baseado em observações quase infravermelhas obtidas durante mais de três anos com o instrumento multimodo ISAAC no telescópio 8.2-m VLT ANTU do Observatório Paranal ESO.
As estrelas variáveis do tipo Mira
Dentre as estrelas que são visíveis no céu a olho nu, aproximadamente uma em trezentas (0,3%) exibe variações de brilho e é referida pelos astrônomos como uma “estrela variável”. A percentagem é muito maior entre as estrelas grandes e frias (“gigantes vermelhas”) – na verdade, quase todas as estrelas luminosas desse tipo são variáveis. Tais estrelas são conhecidas como Mira-variáveis; o nome vem do membro mais proeminente desta classe, Omicron Ceti na constelação Cetus (A Baleia), também conhecida como “Stella Mira” (A Estrela Maravilhosa). O seu brilho muda com um período de 332 dias e é cerca de 1500 vezes mais brilhante no máximo (magnitude visível 2 e uma das cinquenta estrelas mais brilhantes do céu) do que no mínimo (magnitude 10 e apenas visível em pequenos telescópios) .
As estrelas como Omicron Ceti estão a aproximar-se do fim da sua vida. São muito grandes e têm tamanhos de algumas centenas a cerca de mil vezes maiores do que os do Sol. A variação de brilho é devida a pulsações durante as quais a temperatura e tamanho da estrela mudam drasticamente.
Na fase evolucionária seguinte, as Mira-variáveis lançarão suas camadas exteriores no espaço circundante e se tornarão visíveis como nebulosas planetárias com uma estrela quente e compacta (uma “anã branca”) no meio de uma nebulosa de gás e poeira.
Mil estrelas do tipo Mira são atualmente conhecidas na galáxia Via Láctea e algumas centenas foram encontradas em outras galáxias próximas, incluindo as Nuvens de Magalhães.
A peculiar galáxia Centauro A
Centauro A (NGC 5128) é a galáxia gigante mais próxima, a uma distância de cerca de 13 milhões de anos-luz. Está localizada fora do Grupo Local de Galáxias ao qual pertence a nossa própria galáxia, a Via Láctea, e as suas galáxias satélites, as Nuvens de Magalhães.
Centauro A é vista na direcção da constelação Centauro do Sul. É de forma elíptica e está atualmente se fundindo com uma galáxia companheira, tornando-a um dos objetos mais espetaculares do céu, cf. ESO Press Photo eso0315 . Possui um buraco negro muito pesado no seu centro e é uma fonte de forte emissão de rádio e raios X.
Durante o presente programa de pesquisa, duas regiões do Centauro A foram pesquisadas por estrelas de brilho variável; elas estão localizadas na periferia desta peculiar galáxia, cf. eso0315b . Um campo exterior (“Campo 1”) coincide com uma concha estelar com muitas estrelas azuis e luminosas produzidas pela contínua fusão da galáxia; encontra-se a uma distância de 57.000 anos-luz do centro. O campo interior (“Campo 2”) é mais lotado e está situado a uma distância projectada de cerca de 30.000 anos-luz do centro..
Três anos de observações VLT
Em circunstâncias normais, qualquer equipa de astrónomos profissionais terá acesso aos maiores telescópios do mundo durante apenas um número muito limitado de noites consecutivas por ano. No entanto, extensas buscas por estrelas variáveis como o presente requerem observações repetidas que duram minutos a horas ao longo de períodos de meses a anos. Assim, não é viável realizar tais observações da forma clássica em que os astrônomos viajam ao telescópio cada vez.
Felizmente, o sistema operacional do VLT no Observatório Paranal ESO (Chile) também está orientado para englobar este tipo de programa de longo prazo. Entre abril de 1999 e julho de 2002, o telescópio VLT ANTU de 8.2-m no Cerro Paranal no Chile) foi operado em modo serviço em muitas ocasiões para obter imagens em banda K dos dois campos do Centauro A por meio do instrumento multimodo ISAAC quase infravermelho. Cada campo foi observado mais de 20 vezes durante este período de três anos; algumas das imagens foram obtidas durante condições excepcionais de visão de 0,30 arcsec. Um conjunto de imagens ópticas complementares foi obtido com o instrumento multimodo FORS1 (também em VLT ANTU) em julho de 1999.
Cada imagem do instrumento ISAAC cobre um campo celeste medindo 2,5 x 2,5 arcmin 2. As imagens combinadas, abrangendo uma exposição total de 20 horas são de fato as imagens infravermelhas mais profundas já feitas do halo de qualquer galáxia tão distante como Centauro A, cerca de 13 milhões de anos-luz.
Descobrindo mil variáveis Mira
Após as longas observações terem sido completadas, dois passos adicionais foram necessários para identificar a variável estrelas em Centauro A .
Primeiro, cada frame ISAAC foi processado individualmente para identificar os milhares e milhares de imagens de pontos fracos (estrelas) visíveis nestes campos. Em seguida, todas as imagens foram comparadas usando um pacote de software especial (“DAOPHOT”) para medir o brilho de todas essas estrelas nos diferentes frames, ou seja como uma função do tempo.
Embora a maioria das estrelas nestes campos, como esperado, tenham brilho constante, mais de 1000 estrelas exibiram variações de brilho com o tempo; este é de longe o maior número de estrelas variáveis já descobertas numa galáxia fora do Grupo Local de Galáxias.
A análise detalhada deste enorme conjunto de dados levou mais de um ano. A maioria das estrelas variáveis foram encontradas como sendo do tipo Mira e suas curvas de luz (brilho durante o período de pulsação) foram medidas, cf. ESO Press Photo eso0315 . Para cada uma delas, foram determinados os valores dos parâmetros de caracterização, o período (dias) e a amplitude do brilho (magnitudes). Um catálogo das estrelas variáveis recentemente descobertas no Centauro A foi agora disponibilizado para a comunidade astronômica através da revista européia de pesquisa Astronomia & Astrofísica.
Marina Rejkuba está satisfeita e agradecida: “Somos realmente muito afortunados por termos realizado este ambicioso projecto com tanto sucesso. Tudo dependeu criticamente de diferentes factores: a concessão repetida de tempo de observação crucial pelo Comité de Programas de Observação do ESO durante diferentes períodos de observação, face à rigorosa competição internacional, a estabilidade e fiabilidade do telescópio e do instrumento ISAAC durante um período de mais de três anos e, não menos importante, a excelente qualidade das observações em modo de serviço, tão eficientemente realizadas pelo pessoal do Observatório Paranal.”
O que aprendemos sobre o Centauro A?
O presente estudo das estrelas variáveis nesta galáxia elíptica gigante é o primeiro deste tipo. Embora a avaliação dos dados observacionais muito grandes ainda não esteja terminada, já levou a uma série de resultados científicos muito úteis.
Confirmação da presença de uma população de idade intermediária
Baseado em pesquisas anteriores (diagramas ópticos e de quase radiação de cor das estrelas nos campos), a equipe atual de astrônomos havia detectado anteriormente a presença de populações de idade intermediária e jovens estelares no halo desta galáxia. As estrelas mais jovens parecem estar alinhadas com o poderoso jato produzido pelo enorme buraco negro no centro.
algumas das estrelas vermelhas variáveis muito luminosas agora descobertas confirmam a presença de uma população de estrelas de meia-idade no halo desta galáxia. Também contribui para a nossa compreensão de como galáxias elípticas gigantes se formam.
Nova medição da distância até Centauro A
A pulsação de estrelas variáveis do tipo Mira obedece a uma relação período-luminosidade. Quanto maior o período, mais luminosa é uma estrela do tipo Mira.
Este fato torna possível a utilização de estrelas do tipo Mira como “velas padrão” (objetos de luminosidade intrínseca conhecida) para determinações de distância. De fato, elas têm sido frequentemente usadas desta maneira para medir distâncias precisas a objetos mais próximos, por exemplo, a aglomerados individuais de estrelas e ao centro da nossa galáxia Via Láctea, e também a galáxias do Grupo Local, em particular as Nuvens de Magalhães.
Este método funciona particularmente bem com medições infravermelhas e os astrônomos agora são capazes de medir a distância ao Centauro A desta nova maneira. Eles encontraram 13,7 ± 1,9 milhões de anos-luz, em geral de acordo com e assim confirmando outros métodos.
Estudo de gradientes populacionais estelares no halo de uma galáxia elíptica gigante
Os dois campos aqui estudados contêm populações diferentes de estrelas. Uma clara dependência da localização (um “gradiente”) dentro da galáxia é observada, que pode ser devido a diferenças na composição química ou idade, ou a uma combinação de ambas.
A compreensão da causa deste gradiente fornecerá pistas adicionais de como o Centauro A – e de fato todas as galáxias elípticas gigantes – foi formado e evoluiu desde então.
Comparação com outras galáxias vizinhas bem conhecidas
Pastas buscas descobriram estrelas variáveis do tipo Mira através da Via Láctea, nossa galáxia natal, e em outras galáxias próximas no Grupo Local. Entretanto, não há galáxias elípticas gigantes como Centauro A no Grupo Local e esta é a primeira vez que é possível identificar este tipo de estrelas naquele tipo de galáxia.
A presente investigação agora abre uma nova janela para estudos dos constituintes estelares de tais galáxias .
Notas
A equipe é composta por Marina Rejkuba e David Silva (ESO-Garching, Alemanha), Tim Bedding (Escola de Física e Astronomia, Universidade de Sydney, Austrália) e Dante Minniti (Departamento de Astronomia e Centro FONDAP de Astrofísica, Pontifica Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chile).
Mira ( Omicron Ceti ), uma estrela gigante vermelha fria, é uma das mais famosas estrelas variáveis no céu. David Fabricius (East Friesland, Alemanha) é reconhecido por tê-la descoberto em 1596 enquanto procurava o planeta Mercúrio. Em 1638, Johann Holwarda da mesma área determinou seu período como sendo de 11 meses e assim a estabeleceu como a primeira variável de longo período descoberta. Em 1642, Johannes Hevelius (Danzig, agora Polônia) nomeou a estrela Mira , “A Maravilhosa”. Mais tarde foi descoberto que era um sistema estelar binário. Uma classe inteira de estrelas variáveis foi nomeada em homenagem a esta estrela. Por definição astronômica, estrelas do tipo “Mira” são variáveis com um período de cerca de 100 – 1000 dias e com variações de luz visual de mais de 2,5 magnitudes. .
Mais informações
A pesquisa descrita neste press release é apresentada em um artigo de pesquisa, a ser publicado em breve na revista européia Astronomia & Astrofísica (“Long Period Variables in NGC 5128: I. Catalogue” de Marina Rejkuba et al.). Está disponível na web como astro-ph/0305432 .
Links
O instrumento multimodo ISAAC no telescópio VLT ANTU 8.2-m no Observatório Paranal ESO.
Contactos
Marina Rejkuba
ESO
Garching, Alemanha
Tel: +49 89 3200-6453
Email: [email protected]
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