Mesurar a temperatura das estrelas com uma precisão de 0.1°C

Os astrônomos estudam as estrelas utilizando a espectroscopia, que permite analisar a luz que elas emitem em todas as cores. Uma equipe liderada por Étienne Artigau, pesquisador do Instituto Trottier de Pesquisa sobre Exoplanetas (iREx), desenvolveu um método que permite extrair do espectro de uma estrela a variação de sua temperatura, com uma precisão de um décimo de grau Celsius, em diferentes escalas de tempo.


"Ao acompanhar a temperatura das estrelas, podemos aprender muito sobre elas: seu período de rotação, sua atividade estelar, seu campo magnético. Esse conhecimento íntimo das estrelas também é essencial para encontrar e estudar seus planetas", explica o pesquisador.

Em um artigo que será publicado em breve no Astronomical Journal, a eficácia e grande versatilidade da técnica são demonstradas com base em observações de quatro estrelas muito diferentes feitas com os telescópios Canadá-França-Havaí e o de 3,6 m de La Silla.

Conhecer as estrelas para conhecer seus planetas

A equipe inicialmente se interessou pelos espectros das estrelas para melhorar a detecção de exoplanetas com o método de velocimetria. Esse método consiste em medir a leve oscilação de uma estrela provocada pela atração gravitacional de um planeta em órbita ao redor dela.

Quanto melhor medirmos pequenas variações na velocidade da estrela, mais podemos detectar planetas de baixa massa. Étienne Artigau e sua equipe desenvolveram uma técnica de velocimetria que consiste em explorar todo o espectro da estrela, e não apenas algumas porções, como era costume, a fim de detectar planetas tão pequenos quanto a Terra ao redor de estrelas menores.

Inspirando-se no sucesso obtido com essa técnica, o pesquisador teve a ideia de explorar uma estratégia semelhante, não para determinar as variações de velocidade das estrelas, mas sim as de sua temperatura.

Essa medição revela-se tão crucial para o estudo dos exoplanetas quanto a velocidade, já que a maioria das vezes os observamos indiretamente, acompanhando de perto sua estrela. Nos últimos anos, os astrônomos têm enfrentado a dificuldade de distinguir, em suas observações, o que acontece na estrela do que acontece em seus planetas. Isso se mostrou um problema tanto para a descoberta de exoplanetas com o método de velocimetria quanto para aprender mais sobre suas atmosferas com o método de espectroscopia de trânsito.

"É muito difícil confirmar a presença de um exoplaneta ou estudar sua atmosfera sem conhecer com precisão as propriedades da estrela hospedeira e sua variabilidade ao longo do tempo. Essa nova técnica nos oferece uma ferramenta inestimável para garantir que o conhecimento que adquirimos sobre os exoplanetas seja sólido e nos permite avançar na caracterização destes", indica Charles Cadieux, doutorando no iREx que contribuiu para o estudo.

Uma precisão sem precedentes

A temperatura na superfície das estrelas é uma propriedade fundamental que os astrônomos buscam medir, pois permite-lhes deduzir a luminosidade e a composição química dessas estrelas. No melhor dos casos, a temperatura exata de uma estrela pode ser conhecida com uma precisão de cerca de 20°C.

Com essa nova técnica, o foco não está nas temperaturas exatas, mas sim em suas variações ao longo do tempo. E conseguimos medi-las com uma precisão notável.

"Não sabemos se a estrela está a 5000 ou 5020°C, mas podemos dizer se sua temperatura subiu ou desceu um grau ou menos! Ninguém jamais conseguiu fazer isso. Determinar esse tipo de mudança de temperatura já é um grande desafio para o corpo humano, então imagina para uma esfera de gás a milhares de graus que está a dezenas de anos-luz!", entusiasma-se Étienne Artigau.

Uma nova técnica eficaz e versátil

Para demonstrar que sua técnica funciona, os astrônomos usaram observações feitas com o espectrógrafo SPIRou (telescópio Canadá-França-Havaí) e o espectrógrafo HARPS (telescópio de 3,6 metros do Observatório Europeu do Sul).

Nos dados obtidos por esses dois telescópios para quatro pequenas estrelas próximas ao Sol, a equipe conseguiu observar claramente mudanças de temperatura, que atribui ora à rotação das estrelas, ora ao que ocorre em suas superfícies ou em seus arredores.


A nova técnica permite medir grandes variações de temperatura. Para a estrela AU Microscopii, conhecida por sua intensa atividade estelar, a equipe registrou variações de quase 40°C.

Com essa técnica, é possível detectar tanto as mudanças rápidas, como as causadas pela rotação em si mesmas ao longo de alguns dias de AU Microscopii ou Epsilon Eridani, quanto aquelas que ocorrem em uma escala muito maior, algo muito difícil de realizar com telescópios em terra.

"Conseguimos medir mudanças de alguns graus ou menos que ocorrem em longos períodos, por exemplo, aquelas associadas à rotação da estrela de Barnard, uma estrela muito calma que leva cinco meses para completar uma rotação," menciona Étienne Artigau. "Para medir essa variação, sutil e muito lenta, tivemos que recorrer ao Hubble na época!"