Novas Descobertas sobre Gigantes Vermelhos e Seus Companheiros

Gigantes vermelhos são estrelas que se expandiram e esfriaram depois de queimar hidrogênio em seus núcleos. Essas estrelas são muito maiores que o nosso Sol, muitas vezes chegando a tamanhos centenas de vezes maiores. Apesar de terem temperaturas de superfície mais baixas, brilham intensamente, às vezes milhares de vezes mais que o Sol. O nosso estudo foca em um grupo dessas estrelas, principalmente em M (super) gigantes nas suas fases finais de evolução, conhecido como o ramo de gigantes vermelhos (RGB) e ramo assintótico de gigantes (AGB).

Estudos recentes mostraram que algumas dessas gigantes vermelhas podem ter planetas ou outros companheiros menores orbitando ao seu redor. Ao examinarmos mudanças de longo prazo nas Velocidades Radiais (RV) dessas estrelas, que é a velocidade com que se movem em direção a nós ou se afastam, conseguimos encontrar evidências desses companheiros. Nosso objetivo era identificar esses pequenos companheiros e entender a natureza das variações de RV observadas em nove M gigantes selecionadas.

#Observações e Coleta de Dados

Para estudar as estrelas selecionadas, usamos um telescópio especializado equipado com um espectrógrafo de alta resolução localizado na Coreia. As observações foram feitas ao longo de um período de 16 anos, de 2005 a 2022. Fizemos um grande número de espectros, que são gravações detalhadas da luz de cada estrela, permitindo medir pequenas mudanças em suas velocidades.

Nosso foco principal foi nas variações de RV, que podem indicar a presença de Companheiros Sub-estelares, como planetas. Procuramos especificamente por variações de baixa amplitude e longo período nos dados de RV, já que essas estão normalmente associadas a esses companheiros.

#Descobertas e Resultados

A partir das nossas observações, identificamos duas estrelas, HD 6860 e HD 112300, que têm companheiros sub-estelares. Para a HD 6860, determinamos que seu companheiro tem um período orbital de aproximadamente 664 dias, localizado a cerca de 2,03 unidades astronômicas (UA) de distância da estrela. A HD 112300 tem um companheiro com um período orbital mais curto de cerca de 467 dias, posicionado a aproximadamente 1,33 UA.

Ambas as estrelas demonstraram mudanças notáveis em sua RV, atribuídas aos seus companheiros. Também notamos variações de RV em outras estrelas, HD 18884, HD 39801 e HD 42995, que pareciam imitar os efeitos dos companheiros. Porém, algumas mudanças de RV em outras estrelas pareciam estar mais relacionadas a atividades internas das estrelas do que a movimentos causados por companheiros.

#Características das Estrelas

As estrelas que estudamos estão em uma fase evolutiva única. Elas passam por mudanças em seu brilho ao longo de longos períodos, que podem ser ligadas a processos físicos dentro das estrelas. Gigantes vermelhos costumam mostrar variações em seu brilho, conhecidas como Variáveis de Longo Período (LPVs). Essas mudanças podem ocorrer por vários fatores, incluindo pulsos térmicos e outras instabilidades nas estrelas.

Muitas das estrelas que observamos têm Luminosidades significativamente maiores que a do Sol. Por exemplo, a temperatura de superfície de gigantes do tipo M varia de cerca de 3.000 a 4.000 Kelvin, o que é relativamente fresco em comparação com outras estrelas, mas ainda assim as faz brilhar intensamente.

#Os Mecanismos por Trás das Mudanças de RV

Mudanças na velocidade radial podem ocorrer em várias escalas de tempo. Variações de curto prazo muitas vezes resultam de oscilações causadas por turbulências dentro da estrela. Esses movimentos podem criar padrões em mudança na luz que observamos, levando a pequenas alterações na RV medida.

Mudanças de longo prazo, como as que focamos, podem surgir de companheiros orbitando a estrela ou de processos estelares intrínsecos, como pulsações ou irregularidades na superfície da estrela. Ao analisarmos essas variações, conseguimos entender melhor a dinâmica em jogo nessas estrelas massivas e seu entorno.

#Métodos de Análise

Usamos um método estatístico especializado chamado periodograma de Lomb-Scargle generalizado (GLS) para analisar os dados de RV coletados. Essa abordagem ajuda a determinar os padrões periódicos dentro dos dados, permitindo identificar assinaturas orbitais potenciais de companheiros.

Para garantir que nossas descobertas fossem confiáveis, realizamos simulações numéricas conhecidas como análises de Cadeia de Markov Monte Carlo (MCMC). Esse método ajuda a estimar os parâmetros de quaisquer sistemas orbitais potenciais, proporcionando uma imagem mais clara da dinâmica gravitacional em jogo.

#Observações Individuais das Estrelas

#HD 6860

HD 6860 é classificada como uma estrela brilhante localizada na constelação de Andrômeda. É uma estrela variável, com seu brilho flutuando levemente ao longo do tempo. Nossas medições indicaram que a HD 6860 tem um companheiro com uma massa mínima de cerca de 28,26 vezes a da Terra. As características orbitais que identificamos sugerem que essa estrela é atualmente a maior gigante vermelha conhecida por ter tal companheiro.

#HD 112300

HD 112300, outra estrela significativa em nosso estudo, apresentou padrões semelhantes à HD 6860. A massa mínima de seu companheiro foi estimada em cerca de 15,83 vezes a da Terra. Esta estrela também exibiu pequenas variações de brilho, indicando que pode ter mudanças periódicas semelhantes àquelas vistas em gigantes vermelhos similares.

#HD 18884

Esta estrela, classificada como uma variável de longo período, mostrou mudanças de RV que pareciam estar relacionadas às suas próprias atividades atmosféricas em vez da influência de um companheiro. As flutuações que observamos foram provavelmente devido a fenômenos na superfície.

#HD 39801 e HD 42995

Ambas as estrelas exibiram variações significativas de RV. No entanto, em vez de indicar a presença de companheiros, essas variações pareciam originar-se de processos internos como pulsações. Essa observação enfatiza a complexidade de interpretar dados de RV e a importância de distinguir entre diferentes causas de variabilidade.

#Conclusão

Através de nossas observações prolongadas de nove gigantes vermelhos do tipo M, detectamos duas estrelas com companheiros sub-estelares confirmados. As descobertas contribuem para nossa compreensão da formação e sobrevivência de planetas ao redor de estrelas massivas.

Os dados de alta resolução que coletamos e analisamos revelam que, embora muitas variações de RV em gigantes vermelhos possam ser ligadas a companheiros planetários, mecanismos estelares intrínsecos também desempenham um papel crítico. Pesquisas adicionais sobre essas estrelas fascinantes podem aprofundar nosso conhecimento sobre como sistemas planetários evoluem, especialmente nas fases finais de desenvolvimento estelar.

À medida que avançamos em nossas habilidades de observar e analisar esses vastos fenômenos cósmicos, as implicações de nossas descobertas incentivam a exploração contínua das complexidades das interações entre estrelas e planetas.