28/04/2011
Por Maria Guimarães
Revista Pesquisa FAPESP – No início da formação do Universo, estrelas de grande massa (pelo menos dez vezes a massa do Sol) e vida curta eram as principais fábricas de elementos químicos que entravam na composição de novas estrelas.
Além de grandes, esses corpos celestes também giravam depressa, propõe um estudo liderado pela astrônoma brasileira Cristina Chiappini, do Instituto Leibnitz para Astronomia de Potsdam, na Alemanha, publicado na edição desta sexta-feira (28/4) da revista Nature.
“A presença de alguns elementos em estrelas antigas só pode ser explicada se as estrelas massivas da época tivessem rotação rápida”, disse Cristina.
Estrelas responsáveis por produzir elementos há 12 bilhões de anos tinham rotação rápida, indica estudo com participação brasileira publicado na Nature(foto: Athena Stacy/Univ. Texas)
A ideia brotou do trabalho de Beatriz Barbuy, professora titular do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP), que em 2009 publicou um artigo no qual analisou estrelas muito velhas – por volta de 12 bilhões de anos – no centro da Via Láctea.
Barbuy coordena o Projeto Temático "Evolução química e populações estelares galácticas e extragalácticas, por espectroscopia e imageamento", apoiado pela FAPESP.
A pesquisadora examinou imagens captadas pelo Very Large Telescope (VLT), do Observatório Europeu do Sul (ESO), que registram os espectros de elementos que compõem a atmosfera dos corpos celestes. Notou uma abundância excessiva de bário e lantânio, elementos pesados que precisam de um processo lento para se formarem.
Só que essas estrelas nasceram no início da formação do Universo, quando ainda não tinha passado tempo suficiente para que esses elementos se formassem da forma tradicionalmente aceita. “Mas ninguém percebeu essa dica no meu trabalho, até que a Cristina o leu com atenção”, disse Barbuy.
Chiappini, que fez o doutorado no IAG com Bolsa da FAPESP, leu e logo percebeu a ligação com o trabalho do grupo do Observatório de Genebra, a que está associada, com modelos de alta rotação de estrelas.
A rotação poderia explicar a presença desses metais porque funciona como uma batedeira. A rotação da estrela mistura as camadas nas quais o ferro se formou com outras ricas em nêutrons, que são adicionadas ao ferro, dando origem a elementos mais pesados.
Chiappini então entrou em contato com Barbuy e pediu que verificasse por meio dos espectros a quantidade de outros metais, como ítrio e estrôncio, nessas estrelas antigas.
A professora do IAG voltou às imagens e o que viu se encaixou exatamente no modelo de Chiappini: só estrelas de grande massa em rotação vigorosa poderiam gerar aqueles elementos nas quantidades necessárias para compor as anciãs ainda vivas hoje.
Mais tempo de observação
Não é a única explicação possível, mas é a mais plausível. A conclusão é ainda mais forte porque dois pesquisadores do grupo de Genebra, proponentes de outro modelo para explicar a evolução química da galáxia, também assinam o artigo na Nature.
“O modelo deles explica a evolução de algumas estrelas nesse aglomerado, mas o nosso explica todas”, disse Chiappini. Para Barbuy, o trabalho quebra um paradigma aceito pela maior parte dos pesquisadores na área.
“Há 30 anos, um autor falou que as estrelas velhas são compostas por elementos formados por um processo rápido, e mostramos que não é assim”, afirmou.
É um grande passo, mas as duas pesquisadoras brasileiras veem a publicação do artigo como um início de algo maior. Com a repercussão que o trabalho deve ter, elas esperam conseguir mais tempo de observação no VLT e no Hubble, telescópios disputados por pesquisadores do mundo todo e cujo uso é determinado por mérito.
“Precisamos melhorar os modelos. Mas incluir outros metais é um processo muito lento”, disse Chiappini.
Não é para menos. Os elementos que as estrelas criam – e lançam no gás do Universo quando morrem – não só formam outras estrelas como também o Sol, a Terra e os corpos de seus habitantes. Não é uma busca modesta.
O artigo Imprints of fast-rotating massive stars in the Galactic Bulge (doi:10.1038/nature10000), de Cristina Chiappini e outros, pode ser lido por assinantes da Nature em www.nature.com.
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Imprints of fast-rotating massive stars in the Galactic Bulge
Cristina Chiappini, Urs Frischknecht, Georges Meynet, Raphael Hirschi, Beatriz Barbuy, Marco Pignatari, Thibaut Decressin & André Maeder
Affiliations
Contributions
Corresponding author
Nature 472, 454–457 (28 April 2011) doi:10.1038/nature10000Received 17 December 2010 Accepted 10 March 2011 Published online 27 April 2011
Abstract
The first stars that formed after the Big Bang were probably massive1, and they provided the Universe with the first elements heavier than helium (‘metals’), which were incorporated into low-mass stars that have survived to the present2, 3. Eight stars in the oldest globular cluster in the Galaxy, NGC 6522, were found to have surface abundances consistent with the gas from which they formed being enriched by massive stars4 (that is, with higherα-element/Fe and Eu/Fe ratios than those of the Sun). However, the same stars have anomalously high abundances of Ba and La with respect to Fe4, which usually arises through nucleosynthesis in low-mass stars5 (via the slow-neutron-capture process, or s-process). Recent theory suggests that metal-poor fast-rotating massive stars are able to boost the s-process yields by up to four orders of magnitude6, which might provide a solution to this contradiction. Here we report a reanalysis of the earlier spectra, which reveals that Y and Sr are also overabundant with respect to Fe, showing a large scatter similar to that observed in extremely metal-poor stars7, whereas C abundances are not enhanced. This pattern is best explained as originating in metal-poor fast-rotating massive stars, which might point to a common property of the first stellar generations and even of the ‘first stars’.
Subject terms: Astronomy
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