Paper aceito! Descoberta de uma estrela com abundância peculiar de Tório

Acaba de ser aceito mais um artigo no qual sou co-autor. O paper é intitulado "SPLUS J142445.34-254247.1: An R-Process Enhanced, Actinide-Boost, Extremely Metal-Poor star observed with GHOST" e foi aceito para publicação no "The Astrophysical Journal" . Neste artigo, estudamos em detalhes a composição química de uma estrela "extremamente pobre em metais" (com nome abreviado para SPLUS J1424-2542) previamente selecionada num estudo anterior através do uso da fotometria de banda estreita do S-PLUS. Este tipo de estrela tem abundância química de Ferro entre 1000 e 10000 vezes menor que a observada no Sol e são de grande importância para a compreenção dos primeiros processos de formação de elementos químicos no Universo.

Essa pesquisa foi liderada pelo Dr. Vinicius Placco (foto acima), pesquisador do NOIRLab institute, localizado em Tucson, Arizona. Mesmo lugar onde passei um ano como Pesquisador-Visitante durante o pós-doutorado (e fui supervisionado justamente pelo Vinicius). A pesquisa divulgada neste estudo é derivada diretamente dos resultados que obtivemos enquanto estive por lá.

Para estudar em detalhes a composição química na atmosfera dessa estrela, foi necessário utilizar um dos maiores telescópios do mundo, o Gemini Sul, localizado em Cerro Pachón - uma montanha Chilena que faz parte da Cordilheira dos Andes. A pesquisa somente foi possível pois fizemos uso do GHOST, um espectrógrafo de alta resolução, recém-instalado no telescópio.

Através da análise das linhas de absorção no espectro observado da estrela, fomos capazes de medir as abundâncias químicas de 36 elementos, incluíndo vários elementos com número atômico maior que o do Ferro. A determinação de abundância de diversos elementos é importante pois diferentes elementos se originam a partir de diferentes processos astrofísicos, e nosso interesse é justamente compreender a contribuição relativa de cada um desses processos na formação dos elementos ao longo da história do Universo.

Essa estrela em particular, apresenta um padrão de abundâncias incrivelmente interessante: Por se tratar de uma estrela extremamente pobre em metais, ela é constituida por elementos formados em um pequeno número de eventos desde o Big Bang. No caso de SPLUS J1424-2542, fomos capazes de demonstrar que sua abundância de elementos leves pode ser derivada a partir de uma única explosão de Supernova tipo II (quando uma estrela de alta massa explode e seu material retorna ao meio interestelar), enquanto sua abundância de elementos pesados (em partícular, elementos do processo-r, como o tório) é compatível com as previsões de um modelo de fusão de estrelas de neutrons (especificamente, entre duas estrelas com massas 1,66 e 1,27 vezes a massa do Sol). É possível que essa estrela tenha então se formado a partir de um gás com a composição química primordial do Universo, enriquecida por apenas um evento de cada um desses dois processos astrofísicos.

As minhas principais contribuições para esse estudo foram a determinação da idade e massa da estrela, através da comparação de suas propriedades com as previsões de modelos estelares teóricos (um dos tópicos que trabalhei durante minha tese de doutorado). E a análise das propriedades dinâmicas da estrela através do estudo de sua órbita ao redor da Galáxia. As propriedades da estrela sugerem que ela tenha se formado entre 7 e 13 bilhões de anos atrás, sendo então muito mais velha que o Sol. E sua massa, entre ~0.8 e ~0.9 vezes a massa do Sol é compatível com sua idade e baixa metalicidade, uma vez que estrelas com essa massa vivem dezenas de bilhões de anos.

Através da estimativa de sua órbita Galáctica, investigamos se essa estrela pertence a alguma subestrutura conhecida do halo da Via Láctea. Nossa principal motivação é determinar se essa estrela se formou originalmente na Galáxia, ou se foi posteriormente acretada durante seu processo de formação. Os resultados sugerem que SPLUS J1424-2542 se formou localmente na Via Láctea.

Estudos desse tipo são fundamentais para que possamos ampliar nossa compreensão sobre os processos que dão origem aos elementos químicos e a contribuição relativa de cada um desses processos. Também permitem a comparação direta entre as previsões de diferentes modelos de enriquecimento químico e as abundâncias observadas nessas estrelas de baixa metalicidade, enriquecidas por poucos, ou até mesmo um único processo - o que por sua vez, permite aprimorar os modelos em si.

No futuro, pretendemos continuar estudando estrelas desse tipo, e já enviamos uma proposta para usar o GHOST na observação de mais quatro estrelas desse tipo, também selecionadas através do uso da fotometria do S-PLUS. O estudo já está aceito e será publicado em uma próxima edição do The Astrophysical Journal. Enquanto isso, o pdf da versão submetida à revista já está disponível no arXiv (links abaixo):

arXiv PDF

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