CIÊNCIA VIVA – A Sinfonia das Estrelas

0
2
O conceito filosófico ancestral de uma música
das esferas
 (ou musica universalis) perdurou durante
milénios no imaginário do Homem. Com efeito, Pitágoras de Samos (ca. 569-475
a.C.) e seus discípulos acreditavam que o movimento harmonioso dos corpos
celestes — Sol, Lua e planetas — era gerador de sons musicais, dando estes
origem a uma melodia divina que era, porém, imperceptível ao ouvido do comum
dos mortais. Tal conceito viria apenas a ser destituído de qualquer base
científica em pleno período Renascentista, coincidindo com a descoberta por
Johannes Kepler (1571-1630) das leis do movimento dos planetas. No entanto, tal
não impediu a música das esferas de continuar a alimentar o pensamento
artístico e literário nos séculos que se seguiriam.

Foi então já na década de 60 do século passado que os
astrónomos viriam a descobrir a existência de ondas sonoras retidas no interior
do Sol, ondas essas que fazem o Sol ressoar como se de um instrumento musical
se tratasse. Ironicamente, foi a mesma ciência moderna, que séculos antes havia
colocado um ponto final na tão estimada noção de uma música das esferas, a
reavivar tal conceito, agora na forma de uma sinfonia das estrelas.
Mas já lá iremos. A detecção de oscilações no Sol abriu caminho para o
desenvolvimento de uma área da astrofísica moderna chamada heliossismologia.
Interessará dizer que o agente causador dessas oscilações é a turbulência
presente nas camadas convectivas próximas da superfície solar. O som assim
produzido não chega a deixar a estrela (o som não se propaga no vácuo), contudo
manifesta-se indirectamente através de ligeiras pulsações periódicas (ou
variações diminutas do brilho) à sua superfície. Com os nossos telescópios
podemos medir este último efeito e, portanto, “ouvir” o som
aprisionado no interior das estrelas.

Mas o que nos pode ensinar a heliossismologia? Através
da heliossismologia, o Sol cumpre o papel de pedra de Roseta da astrofísica.
Ela permite-nos estudar o Sol em grande detalhe e desse modo melhorar a nossa
compreensão dos ciclos de vida, não só do Sol, mas também de estrelas
semelhantes ao Sol. A heliossismologia permite ainda testar a física fundamental
sob as condições extremas presentes no interior do Sol.

Todavia, o Sol é apenas uma de entre 100 mil milhões
de estrelas na nossa Galáxia, encontrando-se num estado evolutivo específico e
sendo para mais estruturalmente simples se comparado com certas outras
estrelas. Uma consequência lógica foi, por isso, o advento da astrossismologia,
segundo a qual seríamos em princípio capazes de sondar o interior das demais
estrelas através da medição das suas oscilações.

A detecção definitiva de oscilações do tipo solar em
estrelas distantes conseguiu durante décadas eludir a comunidade científica.
Seria o desenvolvimento de técnicas altamente estáveis para a observação do
efeito de Doppler, promovido pela procura de planetas extrassolares, a produzir
o avanço tecnológico necessário de modo a tornar exequível a detecção de tais
oscilações. Estávamos na viragem do milénio e as primeiras detecções do género
começavam então a ser relatadas. A verdadeira revolução no campo da astrossismologia
tardaria, no entanto, alguns anos em chegar. Esta coincidiu com o lançamento,
em 2009, do satélite espacial Kepler da NASA, entretanto
descomissionado. O Kepler consistiu num fotómetro de 1 metro
de abertura capaz de gerar observações do brilho de uma estrela com uma
precisão de apenas algumas partes por milhão. Foi projectado de modo a
investigar um pequeno canto da nossa Galáxia na direcção da constelação do
Cisne, sendo que o seu principal objectivo era a descoberta de planetas
extrassolares semelhantes à Terra e a inferência da sua taxa de ocorrência (eta-Earth,
do inglês). Com essa finalidade, o Kepler monitorizou o brilho
de mais de 150 mil estrelas ao longo de um período de 4 anos. Os dados
científicos de alta qualidade fornecidos pelo satélite adequavam-se também à
realização de estudos em astrossismologia. Como consequência, oscilações do
tipo solar foram detectadas pelo Kepler em dezenas de milhares
de estrelas, desde estrelas de sequência principal — no núcleo das quais ocorre
a fusão do hidrogénio em hélio — até às suas congéneres mais evoluídas, as
gigantes vermelhas.

E por isso vos falo de uma verdadeira sinfonia das
estrelas. Passo então a explicar. Deixe-se levar por momentos para uma sala de
concertos. O primeiro-violino dirige-se até ao piano e toca a nota Lá
(frequência de 440 hertz), padrão de referência para a afinação da altura
musical. A mesma nota é então tocada repetidamente pelos demais instrumentos da
orquestra e, contudo, facilmente conseguimos distinguir a corneta da trompete,
a tuba da flauta, o violoncelo do violino. O formato do instrumento determina
pois os seus modos naturais de oscilação — o seu timbre. De modo análogo,
estrelas de diferentes tamanhos, massas e idades, apresentam espectros
acústicos característicos (o espectro acústico do Sol está centrado numa
frequência de 3 mili-hertz ou, equivalentemente, períodos de 5 minutos; ver
imagem). Imaginemos agora o céu como palco e as estrelas como membros de uma
orquestra sideral. Vai dar-se início à sinfonia das estrelas.

Tiago
Campante

© 2017 – Ciência na Imprensa Regional / Ciência Viva 
Tiago
Campante é astrofísico
. Tiago iniciou o seu percurso académico na Universidade do Porto,
onde em 2007 se licenciou em Física e Matemática Aplicada. Seguiu-se
depois o doutoramento, concluído em 2012, durante o qual dividiu o seu
tempo entre a Universidade de Aarhus (Dinamarca) e a Universidade do
Porto. Após conclusão do doutoramento, Tiago levou a cabo um
pós-doutoramento na Universidade de Birmingham (Reino Unido), onde
permaneceu durante cinco anos. Já em 2017, após breve passagem
como investigador pela Universidade de Göttingen (Alemanha), Tiago voltou
à Universidade do Porto como Professor Auxiliar Convidado no
Departamento de Física e Astronomia da Faculdade de Ciências,
desempenhando em simultâneo o papel de Colaborador Institucional no
Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço. Tiago é um especialista em
física estelar e ciência exoplanetária, contando com mais de 100
publicações em revistas científicas da especialidade (incluindo a Nature e
a Science) e tendo um papel activo em várias missões da NASA (Kepler/K2 e
TESS) e da Agência Espacial Europeia (PLATO). Além de uma presença assídua
nos média nacionais e internacionais, Tiago vê também em acções
de divulgação como esta uma oportunidade única de comunicar os
resultados da sua pesquisa e de incentivar a prática da ciência pelos mais
novos.