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Muitas pessoas sabem que as estrelas parecem cintilar porque nossa atmosfera desvia a luz das estrelas enquanto ela viaja para a Terra. Mas as estrelas também têm um “brilho” inato – causado por ondas ondulantes de gás em suas superfícies – que é imperceptível para os atuais telescópios terrestres.
Em um novo estudo, uma equipe de pesquisadores liderada pela Northwestern University desenvolveu as primeiras simulações 3D de energia ondulando do núcleo de uma estrela massiva até sua superfície externa. Usando esses novos modelos, os pesquisadores determinaram, pela primeira vez, quanto as estrelas deveriam piscar de forma inata.
E, em mais uma inovação, a equipe também converteu essas ondas ondulantes de gás em ondas sonoras, permitindo que os ouvintes ouvissem como deveria soar o interior das estrelas e o “cintilar”. E é assustadoramente fascinante.
O estudo será publicado no dia 27 de julho, na revista Nature Astronomy.
“Movimentos nos núcleos das estrelas lançam ondas como as do oceano”, disse Evan Anders, da Northwestern, que liderou o estudo. “Quando as ondas chegam à superfície da estrela, elas a fazem piscar de uma forma que os astrônomos podem observar. Pela primeira vez, desenvolvemos modelos de computador que nos permitem determinar o quanto uma estrela deve piscar como resultado de essas ondas. Este trabalho permite que futuros telescópios espaciais investiguem as regiões centrais onde as estrelas forjam os elementos dos quais dependemos para viver e respirar.”
Anders é pós-doutorando no Centro de Exploração Interdisciplinar e Pesquisa em Astrofísica da Northwestern (CIERA). Ele é aconselhado pelo coautor do estudo Daniel Lecoanet, professor assistente de ciências da engenharia e matemática aplicada na McCormick School of Engineering da Northwestern e membro do CIERA.
convecção caótica
Todas as estrelas têm uma zona de convecção, um lugar selvagem e desordenado onde os gases se agitam para empurrar o calor para fora. Para estrelas massivas (estrelas com pelo menos cerca de 1,2 vezes a massa do nosso sol), essa zona de convecção reside em seus núcleos.
“A convecção dentro das estrelas é semelhante ao processo que alimenta as tempestades”, disse Anders. “O ar resfriado cai, aquece e sobe novamente. É um processo turbulento que transporta calor.”
Também faz ondas – pequenos riachos que fazem com que a luz das estrelas diminua e clareie, produzindo um brilho sutil. Como os núcleos de estrelas massivas estão ocultos, Anders e sua equipe procuraram modelar sua convecção oculta. Com base em estudos que examinaram as propriedades da convecção turbulenta do núcleo, características das ondas e possíveis características observacionais dessas ondas, as novas simulações da equipe incluem toda a física relevante para prever com precisão como o brilho de uma estrela muda dependendo das ondas geradas pela convecção.
Estrelas de ‘insonorização’
Depois que a convecção gera ondas, essas ondas saltam dentro da estrela simulada. Enquanto algumas ondas eventualmente emergem na superfície da estrela para produzir um efeito cintilante, outras ondas ficam presas e continuam a saltar. Para isolar as ondas que se lançam à superfície e criar cintilação, Anders e sua equipe construíram um filtro que descreve como as ondas saltam dentro das simulações.
“Primeiro colocamos uma camada de amortecimento ao redor da estrela – como as paredes acolchoadas que você teria em um estúdio de gravação – para que pudéssemos medir exatamente como a convecção do núcleo produz ondas”, explicou Anders.
Anders o compara a um estúdio de música, que utiliza paredes acolchoadas à prova de som para minimizar a acústica de um ambiente para que os músicos possam extrair o “som puro” da música. Os músicos aplicam filtros e projetam essas gravações para produzir a música como desejam.
Da mesma forma, Anders e seus colaboradores aplicaram seu filtro às ondas puras que mediram saindo do núcleo convectivo. Eles então seguiram as ondas refletidas em uma estrela modelo, finalmente descobrindo que seu filtro descrevia com precisão como a estrela mudava as ondas vindas do núcleo. Os pesquisadores então desenvolveram um filtro diferente para como as ondas deveriam se mover dentro de uma estrela real. Com este filtro aplicado, a simulação resultante mostra como os astrônomos esperam que as ondas apareçam se vistas através de um poderoso telescópio.
“As estrelas ficam um pouco mais brilhantes ou um pouco mais escuras, dependendo de várias coisas acontecendo dinamicamente dentro da estrela”, disse Anders. “O brilho que essas ondas causam é extremamente sutil, e nossos olhos não são sensíveis o suficiente para vê-lo. Mas poderosos telescópios futuros podem ser capazes de detectá-lo.”
Música nas estrelas
Levando a analogia do estúdio de gravação um passo adiante, Anders e seus colaboradores usaram suas simulações para gerar som. Como essas ondas estão fora do alcance da audição humana, os pesquisadores aumentaram uniformemente as frequências das ondas para torná-las audíveis.
Dependendo de quão grande ou brilhante é uma estrela massiva, a convecção produz ondas correspondentes a diferentes sons. As ondas que emergem do núcleo de uma grande estrela, por exemplo, emitem sons como uma arma de raios distorcida, explodindo em uma paisagem alienígena. Mas a estrela altera esses sons à medida que as ondas atingem a superfície da estrela. Para uma estrela grande, os pulsos semelhantes a armas de raios mudam para um eco baixo reverberando por uma sala vazia. As ondas na superfície de uma estrela de tamanho médio, por outro lado, evocam imagens de um zumbido persistente através de um terreno varrido pelo vento. E as ondas de superfície em uma pequena estrela soam como um alerta melancólico de uma sirene meteorológica.
Em seguida, Anders e sua equipe passaram músicas por diferentes estrelas para ouvir como as estrelas mudam as músicas. Eles passaram um pequeno clipe de áudio de “Júpiter” (um movimento da suíte orquestral “Os Planetas” do compositor Gustav Holst) e de “Twinkle, Twinkle, Little Star” através de três tamanhos (grande, médio e pequeno) de estrelas massivas. Quando propagadas pelas estrelas, todas as músicas soam distantes e assustadoras – como algo de “Alice no País das Maravilhas”.
“Estávamos curiosos para saber como uma música soaria se fosse ouvida como propagada por uma estrela”, disse Anders. “As estrelas mudam a música e, correspondentemente, mudam a aparência das ondas se as víssemos como cintilantes na superfície da estrela.”
O estudo, “A variabilidade fotométrica de estrelas massivas devido a ondas de gravidade excitadas pela convecção do núcleo”, foi apoiado pela CIERA, NASA e National Science Foundation.
Vídeo 1: https://youtu.be/yqQViMPJxwE
Vídeo 2: https://youtu.be/pc5OJiJD2Xg
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