Em busca de quase-estrelas

Título: New ultra-cool and brown dwarf candidates in Gaia DR2

Autora: Céline Reylé

Instituição da autora: Observatório de Besançon, França

Status: aceito para publicação no A&A [acesso aberto]

O que é preciso para ser uma estrela? No caso astrofísico, a resposta é massa. A vida de uma estrela começa no momento em que começa a fusão de hidrogênio em hélio em seu núcleo. Para que isso ocorra, são necessárias condições de temperatura e pressão que só podem ser atingidas se um objeto tem massa o suficiente. É como um balão de ar: quanto mais cheio, mais fácil causar uma explosão. O que acontece com os objetos que não atingem tal massa? A contração vai persistir até que os elétrons são pressionados uns contra os outros, causando pressão devido ao princípio de exclusão de Pauli, e essa pressão mantém a estabilidade do objeto. Sua evolução vai ser simplesmente um longo e lento processo de esfriamento. Esses objetos são chamados de anãs marrons. Elas foram propostas no anos 1960, mas a primeira candidata só foi encontrada muitos anos depois, em 1988, pois seu brilho é bastante tênue. Fizemos um bom trabalho encontrando mais objetos graças a mapeamentos no infravermelho, como 2MASS e WISE, mas o censo ainda é bastante incompleto, tornando difícil modelar as propriedades desses curiosos objetos. O artigo de hoje explora os dados da missão Gaia na busca por novas anãs marrons.

Começando pelo que já se sabe

O primeiro passo da autora foi estudar a amostra de anãs marrons conhecidas para determinar quais parâmetros de seleção aplicar na base de dados do Gaia. O Gaia possui dados para mais de um bilhão de estrelas, então realizar essa seleção de maneira efetiva é essencial. Além de anãs marrons, a autora incluiu em sua amostra estrelas anãs ultra-frias, aquelas que têm massa ligeiramente acima do necessário para qualificarem-se como estrelas. Apenas objetos com seu status confirmado por espectroscopia foram incluídos. Estudando essas duas amostras em conjunto, poderemos entender melhor o limiar de transição entre anãs marrons e estrelas.

Uma das principais informações que o Gaia nos fornece são medidas de paralaxe, que permitem estimativas de distância e, com isso, de magnitude absoluta. Além disso, o Gaia também fornece magnitudes em três diferentes bandas, permitindo criar diagramas HR bastante precisos. Para isso é necessário, contudo, primeiro livrar-se de dados com incerteza muito alta e de detecções espúrias. Um parâmetro de controle importante é o excesso fotométrico: as três bandas do Gaia (G, BP, RP) na verdade apresentam superposição, tal que a soma de duas delas deveria ser igual à terceira (G = BP+RP). Quando isso não ocorre, é sinal de que há alguma contaminação para aquela dada fonte, causando excesso. No caso das anãs marrons, a autora notou que a seleção sugerida pela colaboração Gaia não funcionava muito bem: objetos muito frios, como as anãs marrons e ultra-frias, têm um fluxo muito baixo em uma das bandas (RP), de modo que são facilmente afetados por contaminação de fundo. Por causa disso, uma fração muito alta dos objetos conhecidos não passava pelo critério de seleção. Para resolver isso, a autora definiu um novo critério utilizando magnitudes do 2MASS, que excluiu significativamente menos objetos na região de interesse (Figura 1).

Figura 1: diagramas HR obtidos a partir de dados do Gaia. O diagrama à esquerda exclui apenas objetos com incerteza alta; o do meio aplica também o critério do Gaia para excluir possíveis dados espúrios com excesso fotométrico; o da direita aplica o critério definido pelo autora para excluir dados espúrios. Nota-se que nesse caso há mais objetos no canto inferior direito do diagrama, onde estão as anãs marrons e ultra-frias.

Selecionando novas candidatas

Definido o critério de seleção, o próximo passo foi selecionar candidatas com base na posição dos objetos conhecidos. A Figura 2 mostra a região do diagrama HR onde esses objetos se encontram. Com base na posição dos objetos conhecidos, podem-se traçar duas linhas que definem a região das anãs marrons (canto inferior direito), das anãs ultra-frias (região intermediária) e demais anãs (canto superior esquerdo). Dada a precisão do Gaia, é possível também marcar a região de candidatas a subanãs e objetos jovens. As subanãs possuem baixa metalicidade, o que implica menor opacidade: os fótons podem sair mais facilmente do objeto, de modo que a pressão na sua interface é reduzida e o objeto tem menor raio e, portanto, menor brilho, ficando abaixo das anãs no diagrama HR (logo, subanã). Já objetos jovens ainda estão em processo de contração, portanto ficam acima das anãs no diagrama HR. Com essa seleção, a autora encontrou mais de 10000 candidatas a anãs ultra-frias e pouco menos de 700 anãs marrons.

Figura 2: região do diagrama HR onde se encontram as anãs marrons e ultra-frias. Os pontos cinza são os objetos do Gaia. No diagrama à esquerda, os objetos conhecidos são superpostos com cor indicando seu tipo espectral. No diagrama à esquerda, candidatas conhecidas a subanãs são marcadas com quadrados azuis, e candidatas conhecidas a objetos jovens são indicados por círculos vermelhos. As linhas contínuas separam a região em candidatas a anãs marrons (canto inferior direito), ultra-frias (região intermediária) e demais estrelas (canto superior esquerdo). As linhas tracejadas marcam a região que separa candidatas a subanãs ou objetos jovens dos demais objetos.

Próximos passos

O artigo de hoje mostra o potencial do Gaia na identificação de objetos próximo ao nosso limiar de detecção direta. Contudo, é importante ressaltar que o Gaia sozinho não resolve todos os nossos problemas: a combinação dos dados do 2MASS com dados do Gaia foi essencial para identificar os objetos de interesse. Ainda é preciso confirmar essas identificações por meio de espectroscopia. Com um número significativamente maior de anãs marrons (existem menos de duas mil confirmadas), poderemos melhorar nossos modelos para a estrutura dessas estrelas e com isso melhor entender o processo de formação estelar. O censo ainda está longe de ser completo: há regiões que o Gaia ainda não explorou o suficiente. As próximas liberações de dados devem melhorar ainda mais nosso conhecimento do universo – fique ligado!

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