As variáveis Cefeidas: medindo distâncias no Universo

Como um tipo especial de estrela é usado para medir com precisão as enormes distâncias entre galáxias?
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As distâncias no Universo são realizadas por meio da paralaxe estelar. À medida que a Terra efetua sua órbita ao redor do Sol, as estrelas mais próximas parecem se mover em relação às estrelas mais distantes no espaço profundo, de forma similar como dentro de um carro, as árvores na beira da estrada parecem se movimentar mais rapidamente que as montanhas distantes. Essa diferença de movimento aparente das estrelas é chamada de paralaxe estelar.

Paralaxe heliocêntrica e trigonometria
Exemplo de cálculo usando a paralaxe heliocêntrica e um pouco de trigonometria. Quando o ângulo é de 1 arco-segundo, a distância do Sol até a estrela é de 1 parsec.

Tendo em mãos o diâmetro da órbita da Terra e o ângulo do desvio da paralaxe detectado, podemos, então, calcular a distância entre a Terra e essa estrela.

No entanto, quanto mais distante um objeto, menor o efeito da paralaxe. Em um dado momento, um corpo celeste é tão distante e a paralaxe é tão pequena que a resolução dos sensores dos satélites não consegue mais discernir qualquer diferença. Há casos em que o objeto é tão distante que sua paralaxe é praticamente inexistente — por exemplo, as galáxias. Nesses cenários, há outras formas criativas de medir distâncias.

Estrelas variáveis

Estrelas variáveis são estrelas que variam seu brilho ao longo do tempo. Betelgeuse, por exemplo, além de ser uma supergigante vermelha, também é uma estrela variável. A estrela é tão grande e sua atmosfera tão turbulenta que ela passa por períodos de maior brilho e menor brilho como parte de seu ciclo natural de evolução.

Existem também estrelas que são variáveis por serem sistemas binários ou que estão sugando matéria de outra estrela companheira — as chamadas variáveis cataclísmicas. Mas outro tipo especial de estrela variável chama bastante a atenção.

Ritmo de pulsação de variável Cefeida
Ilustração do ritmo de pulsação de uma estrela variável do tipo Cefeida.

As variáveis Cefeidas são um tipo de estrela variável pulsante. Seu nome vem da estrela Delta Cephei, a primeira desse tipo a ser descoberta. A pulsação faz a estrela variar de tamanho e temperatura em períodos extremamente regulares.

Tal precisão vem do fato de que suas pulsações vêm da ressonância de sua massa. Quando a estrela se contrai, sua temperatura aumenta; quando a temperatura aumenta, ela se expande, fazendo-a se resfriar e perder pressão; com pressão interna menor, a gravidade faz a estrela se contrair, e o ciclo se repete.

Agora um fato muito importante: como o período das pulsações é diretamente proporcional à massa da estrela, e a massa da estrela também nos diz sobre sua luminosidade, portanto, é possível calcular a luminosidade a partir do ritmo das pulsações.

Relação de proporcionalidade entre magnitude absoluta e período de variável Cefeida
Relação entre magnitude absoluta e o período de pulsações de variáveis Cefeidas.

Se encontrarmos variáveis Cefeidas pulsando em outra galáxia, essa estrela terá um brilho aparente menor do que realmente tem, da mesma forma que a luz de um poste aparenta ser mais fraca quando mais distante. Com a diferença da sua magnitude aparente e sua magnitude real — que é calculada pelo ritmo das pulsações —, é possível determinar a distância dessa estrela.

Portanto, detectar uma variável Cefeida em uma galáxia distante possibilita-se calcular com precisão a distância da Terra até essa galáxia.

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HOSTI, B. P. As variáveis Cefeidas: medindo distâncias no Universo. Espaço-Tempo, 2024. Disponível em: https://www.espacotempo.com.br/as-variaveis-cefeidas-medindo-distancias-no-universo. Acesso em: 16 set. 2024.

Brunno Pleffken Hosti

Professor. Graduado em Física pela Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR). Extensão em Astrofísica pelo IAG/USP e pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Pesquisador nas áreas de astrofísica observacional e espectroscopia.

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