Em mais de 4 milhões de anos de desenvolvimento do conhecimento humano, aprendemos sobre quase tudo o que estava à nossa volta. Mas até 4 séculos atrás, nossa ciência se limitava ao alcance da nossa visão. Até que Galileu Galilei apontou seu telescópio para as estrelas e descobrimos que ainda havia muito mais a se descobrir. E uma dessas descobertas é que as estrelas no Universo podem ter companheiras. 

Em 1617, o matemático e entusiasta pela Astronomia Benedetto Castelli escreveu uma carta para Galileu Galilei. pedindo que ele observasse a estrela Mizar. Mizar está localizada na constelação da Ursa Maior e era conhecida por sua proximidade visual da estrela Alcor. Elas são tão próximas que a dupla era utilizada para teste de acuidade visual pelos árabes. Entretanto, quando Galilei observou Mizar pelo telescópio, percebeu algo ainda mais espetacular: mergulhada em seu brilho havia uma outra estrela ainda mais próxima. Benedetto Castelli havia descoberto as estrelas binárias.

[ À esquerda: Mizar e Alcor, na Constelação de Ursa Maior – Reprodução: Stellarium | À direita: Ao telescópio, nota-se que Mizar possui uma companheira próxima – Créditos: Chris Kuhl ]

Estrelas binárias, são sistemas estelares formados por duas estrelas orbitando em torno de um centro de massa comum. Como as estrelas estão localizadas a enormes distâncias da Terra, nossa visão as enxerga como um único ponto de luz. Por isso, precisamos inventar o telescópio para termos a capacidade de descobrir essas maravilhas do Universo. Mas além de inspirar cenas de pôr dos sóis em planetas alienígenas dos filmes de ficção, essa descoberta foi de fundamental importância para a nossa compreensão do Cosmos. 

O cálculo das órbitas das estrelas de um sistema binário permite que as massas dessas estrelas sejam determinadas de forma direta, o que possibilita uma estimativa indireta dos seus raios e densidades. A partir do estudo das estrelas binárias, foi percebida uma relação empírica entre a massa e a luminosidade das estrelas. E essa relação pode ser aplicada também às estrelas individuais, o que nos permite estimar a sua massa apenas observando a sua luminosidade. 

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Só que a descoberta de Castelli foi apenas o início dessa história. Nem ele, nem Galileu e nem Giovanni Riccioli, que estudou a dupla 3 décadas mais tarde, perceberam que elas estavam ligadas gravitacionalmente. O período orbital de milhares de anos tornava impossível perceber o movimento das estrelas, uma ao redor da outra. Parecia apenas uma coincidência óptica, como se elas estivessem apenas alinhadas no céu, mas afastadas por enormes distâncias entre si. 

Apenas em 1767, o inglês John Michell sugeriu que estrelas duplas poderiam ser fisicamente atraídas gravitacionalmente uma pela outra. Michell chegou a esta conclusão depois de estudar centenas de estrelas binárias. Ele percebeu que elas eram mais comuns do que se poderia imaginar, já que estatisticamente, seria pequena a probabilidade de uma estrela dupla ser causada por uma coincidência de alinhamento óptico.

O astrônomo germano-britânico William Herschel desempenhou um papel crucial no avanço do estudo das estrelas duplas a partir de 1779. Herschel dedicou-se a catalogar coordenadas e posições de cada estrela em sistemas binários, tornando-se um pioneiro nessa área. Seu trabalho meticuloso revelou algo extraordinário: ao comparar suas observações ao longo de 25 anos, Herschel percebeu mudanças nas posições relativas de algumas estrelas duplas. Essa descoberta confirmou a teoria de Michell, sugerindo que tais estrelas estavam gravitacionalmente interligadas.

Mais tarde, em 1827, Félix Savary deu um passo significativo ao calcular com precisão a órbita do sistema binário Xi Ursae Majoris. Essa foi a primeira vez que tal feito foi realizado, abrindo caminho para um novo capítulo na astronomia. À medida que mais estrelas duplas foram catalogadas e suas órbitas medidas, uma janela se abriu para avanços científicos que aprofundaram nosso conhecimento sobre o Universo que nos cerca.

[ Órbita de Xi Ursae Majoris, a primeira calculada para uma estrela binária – Imagem: UFRGS ]

Atualmente, os métodos para descobrir e estudar estrelas binárias evoluíram significativamente, graças aos telescópios avançados e instrumentos poderosos. As primeiras, descobertas por meio de observação direta, são conhecidas como binárias visuais. Contudo, a ciência também identificou estrelas binárias através de métodos mais sutis, como a observação das variações em seus espectros ao longo do tempo, revelando interações gravitacionais com companheiras próximas, classificadas como binárias espectroscópicas.

Ao empregar essa técnica, descobrimos que Mizar, a estrela que deu início a essa jornada, é, na verdade, parte de um sistema sêxtuplo, incluindo Alcor, sua companheira mais distante, visível a olho nu.

[ Modelo fora de escala do sistema sêxtuplo em Mizar e Alcor, formado por 3 pares de estrelas binárias – Créditos: Bob King / Sky & Telescope ]

Além das binárias visuais e espectroscópicas, existem as binárias eclipsantes, que ocasionalmente eclipsam uma a outra, causando variações no brilho observado. Também temos as binárias astrométricas, aparentemente solitárias, cujas pequenas mudanças de posição nos permitem calcular que orbitam em torno de um espaço aparentemente vazio, indicando a presença de um objeto não detectado. Cada categoria oferece insights únicos que nos ajudam a compreender a complexidade dessas jóias do Universo.

Mesmo com toda essa evolução, esses fascinantes sistemas múltiplos também estão acessíveis aos astrônomos amadores. Além de Mizar e Alcor, em Ursa Maior, que podem ser vistas até mesmo a olho nu, existem outros, igualmente famosos que são facilmente observados por telescópio: 

  • Alfa Centauri, na Constelação do Centauro, é composta por Alfa Centauri A e B, e uma terceira chamada Próxima Centauri, que é a estrela mais próxima da Terra a apenas 4,5 anos-luz de distância. 
  • Epsilon Lyrae, na Constelação da Lira, é um sistema quádruplo formado por duas binárias que podem ser vistas por telescópio. 
  • A estrela mais brilhante do Cruzeiro do Sul, também chamada de Estrela de Magalhães, é na verdade um sistema com pelo menos 3 estrelas, das quais, as duas mais brilhantes podem ser facilmente percebidas por telescópio. 
  • Além é claro, da famosa Sírius, a estrela mais brilhante do céu noturno é um sistema binário. Mas o brilho intenso de Sírius A torna desafiadora a observação de sua companheira para os astrônomos amadores.
[ Pôr dos sóis em Tatooine, na série de ficção Star Wars – Créditos: Lucasfilm Ltd. & TM ]

Mas essas são apenas alguns dos sistemas estelares múltiplos mais conhecidos. Mais de quatro séculos depois da observação que encantou Benedeto Castelli e Galileu Galilei, os estudos científicos nos permitem estimar que cerca da metade das estrelas da nossa galáxia pertencem a sistemas múltiplos, formados por ao menos 2 estrelas. Isso significa que um fantástico final de tarde como aquele de Tatooine da saga Star Wars, pode ser tão comum quanto o pôr do nosso único Sol aqui na Terra.