Novas Variáveis Pulsantes são Descobertas nas Plêiades

Facilmente visto a olho nu, o aglomerado das Plêiades é conhecido desde a antiguidade e também um dos mais estudados atualmente e mesmo esse fator não impede que algo novo possa ser descoberto nele. Nesta postagem apresentamos um estudo que utilizou observações feitas com o TESS e banco de dados do Gaia que sugere a existência de 89 estrelas pulsantes Delta Scuti entre as estrelas que o formam.

Figura 1: Aglomerado das Plêiades registrado pelo WISE. Créditos: NASA/Caltech

Variáveis Delta Scuti

As estrelas delta Scuti encontram-se no que é conhecido como faixa de instabilidade, uma região do diagrama de Hertzsprung-Russell onde as estrelas podem sofrer oscilações auto-excitadas. A faixa de instabilidade é o lar de muitos outros tipos de estrelas pulsantes com as quais você pode estar familiarizado, incluindo as estrelas Cefeidas e RR Lyrae. O mecanismo de condução por trás das oscilações "auto excitadas" é uma região especial do interior estelar onde os átomos de hidrogênio ou hélio transitam de parcialmente para completamente ionizados. Se a estrela for comprimida, a fração de ionização dessas regiões aumenta, elevando a opacidade do material e bloqueando a energia luminosa tentando escapar do interior. O aumento de calor e pressão acumulados nesta camada empurram as camadas externas da estrela para fora. À medida que essas camadas externas caem para dentro novamente sob a força da gravidade, a região de ionização é comprimida novamente, reiniciando o ciclo. A variação de brilho é causada por mudanças de temperatura e raio causadas por esses movimentos. Para estrelas na faixa de instabilidade, esta camada importante fica na profundidade certa na estrela para que as pulsações sejam autossustentáreis. Se fosse mais profundo, as forças motrizes seriam dominadas pela convecção e, se fosse mais raso, a energia seria dissipada na atmosfera. Nas estrelas delta Scuti, a camada de ionização que mais impulsiona as pulsações é a segunda zona de ionização do hélio, onde o hélio ionizado individualmente perde um segundo elétron, mas ambas as camadas de ionização de hidrogênio e ionização de hélio neutro também podem contribuir para a condução da pulsação. O mecanismo de condução das estrelas Cefeidas e RR Lyrae é o mesmo.

Figura 2: Posição das Delta Scuti no diagrama H-R. Créditos: AAVSO.

O estudo

A equipe liderada por Timothy R. Bedding estudou 89 membros dos tipos A e F do aglomerado aberto das Plêiades, incluindo cinco membros escapados. Eles mediram as velocidades rotacionais projetadas (v sin i) para 49 estrelas e confirmaram que a rotação estelar causa uma ampliação da sequência principal no diagrama cor-magnitude. Usando fotometria de séries temporais da Missão TESS da NASA (mais uma estrela observada pelo Kepler/K2), foram detectadas pulsações δ Scuti em 36 estrelas. A fração de estrelas das Plêiades que pulsam no meio da faixa de instabilidade é extraordinariamente alta (mais de 80%) e sua faixa de temperaturas efetivas concorda bem com os modelos teóricos. Por outro lado, as características dos espectros de pulsação são variadas e não se correlacionam com a temperatura estelar, colocando em questão a existência de uma relação vmax útil entre δ Scutis, pelo menos para jovens estrelas da sequência principal. Ao incluir estrelas δ Scuti observadas no campo Kepler, mostraram que a faixa de instabilidade é deslocada para o vermelho com o aumento da distância pelo avermelhamento interestelar. No geral, este trabalho demonstra o poder de combinar observações com Gaia e TESS para estudar estrelas pulsantes em aglomerados abertos.

Figura 3: Espectro das pulasções de 35 estrelas do estudo. Créditos: Bedding et al 2023.

As estrelas selecionadas para o estudo sairam de  uma lista inicial de prováveis membros das Plêiades usando a astrometria Gaia DR2 e o código BANYAN-Σ (Gagné et al. 2018 ). Os parâmetros padrão de membro das Plêiades foram usados e não foram incluidas nenhuma informação de velocidade radial (para evitar polarização contra binários). Selecionaram todas as estrelas com probabilidades de pertinência BANYAN Sigma acima de 90% e cores Gaia 0,0 < G BP − G RP < 0,7, que correspondem a aproximadamente tipos espectrais na faixa A0 V a F8 V. Isso deu uma lista de 83 estrelas. Essa seleção de membros não foi alterada pela atualização para Gaia DR3. A equipe também incluiu seis estrelas apontadas por Heyl et al. (2022) como membros fugitivos do aglomerado, que são as estrelas HD 17962, HD 20655, HD 21062, HD 23323 e HD 34027.

A amostra final das estrelas está nas tabelas abixo:

Tabela 1: Lista da 89 estrelas estudadas nas Plêiades. Créditos: Bedding et al 2023.

Tabela 2: Continuação da tabela 1.

Dez estrelas estudadas são variáveis ​​nomeadas. Entre elas estão seis estrelas δ Scuti anteriormente conhecidas a partir de observações terrestres (V534 Tau, V624 Tau, V647 Tau, V650 Tau, V1187 Tau e V1228 Tau; Breger 1972 ; Koen et al. 1999 ; Li et al. 2002 ), juntamente com duas estrelas γ Doradus (V1210 Tau e V1225 Tau; Martín & Rodríguez 2000 ) e ambos os membros do binário eclipsante V1229 Tau (HD 23642).

Algumas questões a resolver

Figura 4: Imagem superior: Cores e magnitudes de 89 estrelas Plêiades com classes espectrais A e F. Os círculos roxos preenchidos indicam estrelas pulsantes. Imagem inferior: Um histograma mostrando as cores das estrelas pulsantes (azul) e não pulsantes (laranja) na amostra. Créditos: Bedding et al. 2023.

Ao plotar o brilho observado dessas estrelas contra suas cores, Bedding e os coautores determinaram onde as estrelas caíram em relação à faixa de instabilidade. As estrelas pulsantes abrangem uma banda 0,45 de variação de brilho, e 72% das estrelas das Plêiades que caem dentro desta banda mostraram pulsações. Para as estrelas localizadas no centro da faixa de instabilidade, 84% são pulsadores, o que a equipe observa ser uma porcentagem incomumente alta.

Dada a porcentagem notavelmente alta de pulsadores no aglomerado, Bedding e colaboradores observaram que a questão não é tanto por que algumas estrelas pulsam e outras não, mas sim por que estrelas semelhantes têm pulsações tão diferentes. Embora a questão permaneça em aberto, uma coisa é clara: Gaia e TESS são ferramentas poderosas para rastrear estrelas variáveis.

Referências:

“TESS Observations of the Pleiades Cluster: A Nursery for δ Scuti Stars,” Timothy R. Bedding et al 2023 ApJL 946 L10. doi:10.3847/2041-8213/acc17a

https://www.aavso.org/vsots_delsct