Teoria sobre evolução da rotação de estrelas terá que ser revisada

Estrelas semelhantes ao Sol apresentam um padrão conhecido como rotação diferencial, no qual diferentes latitudes rotacionam com velocidades diferentes. Com isso, o equador estelar gira mais rapidamente do que as regiões polares, produzindo diferença de velocidade ao longo da superfície. Esse comportamento é resultado da interação entre rotação global, convecção turbulenta e campos magnéticos no interior da estrela. Como consequência, isso acaba influenciando processos como a geração do dínamo estelar.

Modelos teóricos sugerem que esse padrão muda conforme a estrela evolui porque a eficiência da convecção e a distribuição do momento angular mudariam durante a evolução da estrela. Em estrelas mais velhas, os modelos indicam a possibilidade de uma inversão do padrão solar, na qual as regiões polares passariam a girar mais rapidamente que o equador. Esse regime foi proposto como resultado de mudanças nas propriedades turbulentas do plasma estelar. Por mais de 4 décadas, essa hipótese permaneceu como uma previsão aceita em modelos de evolução estelar.

No entanto, um estudo recente feito por pesquisadores da Universidade de Nagoya usou simulações numéricas para entender a dinâmica interna de estrelas semelhantes ao Sol em diferentes estágios evolutivos. Os resultados indicaram que, mesmo em estrelas mais antigas, o padrão de rotação diferencial pode permanecer semelhante ao observado no Sol atualmente. Em vez de apresentar a inversão prevista pelos modelos anteriores, essas estrelas parecem manter o equador rotacionando mais rapidamente que os polos ao longo de sua vida.

Rotação solar

A rotação do Sol não ocorre como a de um corpo rígido onde todas as latitudes giram com a mesma velocidade angular. O Sol tem um comportamento conhecido como rotação diferencial onde diferentes latitudes solares possuem velocidades angulares distintas. Isso faz com que o equador seja mais rápido do que as regiões próximas aos polos. Observações indicam que o equador solar gira aproximadamente a cada 25 dias, enquanto as regiões polares podem levar cerca de 34 dias para completar uma volta.

Esse comportamento ocorre porque o Sol é composto principalmente por plasma que é um fluido ionizado. Diferentemente de corpos sólidos, o plasma solar pode redistribuir momento angular ao longo de diferentes camadas e latitudes. Como resultado, cada região pode estabelecer sua própria velocidade de rotação. Esse padrão também é influenciado pela estrutura interna do Sol, que inclui uma zona radiativa mais estável e uma zona convectiva mais dinâmica. A interação entre essas regiões contribui para esse perfil diferencial de rotação observado na estrela.

Turbulência

A rotação diferencial do Sol é responsável pela geração de turbulência no plasma que compõe sua atmosfera e interior convectivo. Como diferentes latitudes solares rotacionam com velocidades distintas, surgem gradientes de velocidade que geram atrito no plasma magnetizado. Esse atrito acaba distorcendo linhas de campo magnético causando instabilidades magnetohidrodinâmicas. A interação entre movimentos convectivos e rotação diferencial intensifica esse processo, criando um ambiente turbulento.

Essas estruturas magnéticas distorcidas podem armazenar grandes quantidades de energia que, eventualmente, são liberadas por meio de processos de reconexão magnética. Quando isso ocorre na atmosfera solar, podem surgir fenômenos energéticos como as flares solares. Durante esses eventos, parte da energia magnética acumulada é convertida em radiação, calor e aceleração de partículas. A liberação abrupta dessa energia também gera perturbações adicionais no plasma, contribuindo para a dinâmica da coroa solar.

Teoria sobre a rotação

Estrelas apresentam uma grande diversidade de massas, temperaturas e propriedades físicas, variando desde anãs vermelhas até gigantes azuis massivas. Entre esses objetos, as chamadas estrelas do tipo solar ocupam uma posição intermediária na sequência principal. Essas estrelas são relativamente estáveis e podem permanecer ativas por bilhões de anos, oferecendo ambientes estáveis para sistemas planetários. Elas apresentam rotação diferencial na qual o equador gira mais rapidamente que as regiões polares.

Modelos teóricos de evolução estelar sugeriam que esse padrão poderia mudar à medida que as estrelas envelhecem e perdem momento angular ao longo de bilhões de anos. À medida que a rotação global diminui, esperava-se que alterações na circulação interna de plasma modificassem o perfil de rotação diferencial. Algumas previsões indicavam a possibilidade de transição para um processo no qual os polos girariam mais rapidamente que o equador.

Novas observações

No entanto, um estudo recente realizado por pesquisadores da Universidade de Nagoya usou o supercomputador Fugaku para realizar simulações numéricas do interior de estrelas tipo o Sol. Cada estrela simulada foi dividida em cerca de 5,4 bilhões de pontos de grade, permitindo modelar com maior precisão os fluxos convectivos e os campos magnéticos internos. Essas simulações mostram que campos magnéticos persistentes exercem um papel dinâmico importante na manutenção da rotação diferencial igual a do Sol.

Os resultados também indicam que os campos magnéticos das estrelas tendem a enfraquecer gradualmente ao longo de bilhões de anos. Em trabalhos anteriores, acreditava-se que seria possível uma intensificação renovada do magnetismo estelar. Contudo, as novas simulações mostram que mesmo estrelas com rotação mais lenta mantêm o mesmo regime diferencial. Esse resultado mostra que a teoria sobre a evolução de estrelas tipo o Sol deve ser revisada.

Referência da notícia

Hotta and Hatta 2026 The prevalence of solar-like differential rotation in slowly rotating solar-type stars Nature Astronomy