Última atualização em 03 de maio de 2014

Cefeidas: Por que essas estrelas pulsam?

O que é uma Cefeida?

As cefeidas são estrelas variáveis pulsantes cuja luminosidade varia periodicamente devido a mudanças em seu tamanho e temperatura. Essas estrelas são essenciais em astrofísica, pois permitem medir distâncias astronômicas, especialmente dentro da nossa galáxia e além, graças à relação período-luminosidade. Essa relação foi descoberta pela astrônoma americana Henrietta Swan Leavitt no início do século XX.

Características das Cefeidas

• Variabilidade: As cefeidas apresentam variações de luminosidade regulares em períodos que vão de alguns dias a vários meses. Essa variação se deve a oscilações na estrutura interna da estrela.
• Relação período-luminosidade: Henrietta Leavitt (1868-1921) descobriu que quanto mais longo é o período de variação de uma cefeida, maior é sua luminosidade intrínseca. Em outras palavras, a magnitude absoluta de uma cefeida está diretamente relacionada ao período de suas oscilações.

Teoria de Henrietta Swan Leavitt

O trabalho de Henrietta Swan Leavitt começou em 1908, quando ela analisou chapas fotográficas de estrelas variáveis nas Nuvens de Magalhães. Ela observou cerca de cem estrelas variáveis, algumas das quais eram cefeidas. Sua descoberta fundamental é a relação período-luminosidade; de fato, ela constatou que as estrelas com períodos de variação mais longos eram intrinsecamente mais brilhantes.

Leavitt não pôde determinar as distâncias absolutas dessas estrelas, mas forneceu uma escala relativa extremamente precisa. Uma vez que os astrônomos obtiveram uma distância para uma cefeida (graças a medidas de paralaxe, por exemplo), eles puderam usar essa relação para calcular as distâncias a outras cefeidas. Isso abriu o caminho para a estimativa de distâncias a galáxias e para a compreensão da escala do universo.

Física das Cefeidas

As cefeidas são estrelas massivas e evoluídas que deixaram a sequência principal do diagrama de Hertzsprung-Russell. Sua variabilidade se deve a um processo chamado "instabilidade da zona de hélio". Em certas camadas dessas estrelas, o hélio está parcialmente ionizado, o que afeta a transparência ao calor (opacidade).

• Fase de contração: Quando a estrela se contrai, a temperatura aumenta e a opacidade devido ao hélio ionizado bloqueia a energia nas camadas internas. Essa acumulação de energia faz com que a estrela se expanda.
• Fase de expansão: Quando a estrela se expande, ela esfria, o hélio se recombina em um estado menos ionizado, reduzindo assim a opacidade, permitindo que a energia escape. A estrela se contrai novamente, e o ciclo recomeça.

Esse ciclo pulsátil é regular, permitindo a relação precisa entre o período e a luminosidade.

Importância da Descoberta

Graças à relação período-luminosidade das cefeidas, Edwin Hubble conseguiu demonstrar na década de 1920 que algumas nebulosas espirais eram, na verdade, galáxias fora da Via Láctea. Essa descoberta mudou nossa compreensão do universo, mostrando que ele é muito mais vasto do que se pensava.

Esta montagem em vídeo foi criada a partir de observações do telescópio espacial Hubble para mostrar as pulsações da estrela variável RS Puppis e seu ambiente de nuvens escuras e densas. RS Puppis é uma Cefeida, um tipo de estrela variável localizada na constelação de Puppis. A poeira ao redor de RS Puppis permite observar um fenômeno conhecido como eco de luz, com notável clareza. Esse eco de luz cria a ilusão de nuvens de gás em expansão emanando de RS Puppis. As observações do Hubble foram feitas ao longo de um período de cinco semanas em 2010 para capturar a estrela variável em diferentes estágios de seu ciclo, variando em brilho em um fator de cinco ou mais a cada 40 dias. O curto vídeo é repetido várias vezes para mostrar mais claramente o mecanismo do eco de luz. Essas observações do Hubble mostram o objeto em um céu escuro cheio de galáxias de fundo. Como RS Puppis está localizada em uma grande nebulosa, os astrônomos conseguiram medir sua distância usando ecos de luz provenientes das partículas da nebulosa. Eles determinaram com precisão que a Cefeida está localizada a 6.500 ± 90 anos-luz da Terra. A precisão dessa medição é importante porque as Cefeidas servem como marcadores (velas padrão) para distâncias dentro da nossa galáxia e galáxias próximas. Crédito: NASA, ESA, G. Bacon (STScI), Equipe do Legado Hubble.