Detectando explosões estelares com telescópios terrestres e espaciais

Título: EvryFlare. I. Long-term Evryscope Monitoring of Flares from the Cool Stars across Half the Southern Sky

Autores: Ward S. Howard, Hank Corbett, Nicholas M. Law, Jeffrey K. Ratzloff, Amy L. Glazier, Octavi Fors, Daniel del Ser, Joshua Haislip

Instituição do primeiro autor: Department of Physics and Astronomy, University of North Carolina at Chapel Hill

Status: [Acesso livre no arXiv], Publicado no the Astrophysical Journal

Para estrelas menores que ou do tamanho do Sol, a energia é transportada para a superfície por colunas de convecção. Essas bolhas convectivas torcem os campos magnéticos da superfície e conduzem súbitas e violentas liberações de energia através de explosões magnéticas. Embora as explosões do Sol sejam relativamente pequenas, as estrelas menores que o Sol produzem superexplosões fortes o suficiente para remover a camada protetora de ozônio de um planeta e matar todas as formas de vida mais complexas.

Encontrando explosões com o telescópio terrestre Evryscope

Muitos planetas potencialmente habitáveis ​​estão sendo descobertos em torno de estrelas de baixa massa. Para entender melhor a viabilidade desses planetas para abrigar a vida, é crucial entender como e onde esses eventos de explosão e superexplosão podem acontecer. Explosões acontecem muito rapidamente. Entender como elas acontecem exige que um grande número de estrelas seja monitorado continuamente. Esse é exatamente o objetivo do Evryscope. Até agora, a Evryscope coletou vários anos de medições de brilho simultâneas para mais de 15 milhões de estrelas. Essa longa base de observação facilita a captura de eventos de superexplosões relativamente raros. A desvantagem desse telescópio terrestre é que os eventos menos energéticos, porém mais freqüentes, não são detectados devido à reduzida precisão fotométrica.

O telescópio TESS, que atualmente está monitorando as variações de brilho de algumas dessas mesmas estrelas acima da atmosfera da Terra, compensa essa limitação muito bem. Embora o TESS observe uma estrela alvo por apenas ~ 28 dias, as explosões menos energéticos são muito mais frequentes. Ao combinar os dados anuais do Evryscope com as observações muito mais curtas, porém mais precisas do TESS, os autores do artigo de hoje tentam estabelece a frequência de uma ampla variedade de tipos de explosões de uma grande amostra de estrelas. Um exemplo de curva de luz, combinando os dados Evryscope e TESS, é mostrado na Figura 1. Embora as observações do TESS adicionem apenas um pequeno pedaço à curva da luz, a fantástica sensibilidade do TESS revela um punhado de explosões de baixa energia que são perdidas no ruído do Evryscope.

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Figura 1: A variação do brilho de uma única estrela apresentando eventos explosivos, ou “flares” em inglês, durante um período de alguns anos. Os dados do Evryscope são mostrados pelos pontos pretos e os dados do TESS são mostrados pelos pontos vermelhos. As linhas verticais coloridas marcam a localização das explosões.

Os autores combinam medidas terrestres e espaciais para 4.068 estrelas K e M que foram observadas pelos dois telescópios. Usando um pipeline de detecção de explosões Auto-EFLS personalizado, os autores marcaram 284 desses objetos como estrelas com explosões, com 575 explosões detectadas no total. A detecção da explosão mais energética, produzida por uma pequena anã M, aumentou temporariamente o brilho da estrela em um fator de quase 100. Esse evento de superexplosão liberou o equivalente a centenas de anos da produção de energia do Sol em uma pequena fração desse tempo!

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Figura 2: A duração de uma explosão em função da energia total liberada. A amostra é dividida em estrelas M de baixa massa e as estrelas K um pouco maiores. As linhas sólidas indicam um ajuste de lei de potência em cada subamostra.
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Figura 3: Fração de estrelas com explosões em função da latitude galáctica. A região cinza sombreada indica onde a aglomeração impede a detecção confiável de explosões.

Frequência de explosões estelares pela galáxia

Finalmente, os autores examinam se existe alguma correlação entre a proeminência das estrelas com explosões e sua altura acima do disco de nossa galáxia. Sabe-se que as estrelas mais jovens tendem a ficar mais próximas do plano intermediário. Além disso, os astrônomos notaram evidências de que a rotação de uma estrela, que está associada com o nível de atividade magnética da estrela, diminui à medida que esta envelhece. Seguindo essa lógica, seria de esperar que a maioria das estrelas com explosões estivessem perto do plano médio da galáxia. Para testar isso, todas as 4.068 estrelas foram classificadas por altura galáctica e, em seguida, os autores contaram em cada altura qual fração das estrelas exibia explosões. Isso é mostrado na Figura 3. Perto do plano intermediário, há tantas estrelas que as medições de brilho se tornam difíceis devido à aglomeração e, portanto, essa região é ignorada. Saindo do plano intermediário, parece haver uma diminuição na fração de estrelas com explosões. Os autores alertam, no entanto, que isso deve-se às estrelas M, responsáveis ​​pela maioria das explosões,  e que são muito fracas para serem detectadas a distâncias maiores.

Este estudo demonstra o poder combinado de observatórios terrestres e espaciais. As observações de alta precisão do TESS revelam eventos freqüentes e de baixa energia, enquanto as observações menos precisas, mas muito mais longas do Evryscope, revelam as raras e poderosas superexplosões. Os autores observam que a detecção mais poderosa de uma superexplosão deve ser suficiente para remover completamente a camada de ozônio de um planeta semelhante à Terra. Isso destaca a necessidade de uma melhor compreensão desses eventos de superexplosão, já que os astrônomos estão encontrando planetas cada vez mais potencialmente habitáveis ​​em torno dessas estrelas de baixa massa muito ativas.

Original em ingles: Combining Ground and Space-based Observations to Find Evryflare por Spencer Wallace

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