Duas estrelas se fundiram para formar uma enorme anã branca

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Impressão artística de duas anãs brancas no processo de fusão. Dependendo da massa combinada, o sistema pode explodir em uma supernova termonuclear ou se fundir em uma única anã branca massiva, como a WDJ0551+4135. Créditos: Universidade de Warwick / Mark Garlick.

Traduzido e adaptado por Julio Batista
Original de Phys

Uma enorme estrela anã branca com uma atmosfera estranha e rica em carbono pode ser, na verdade, a fusão de duas anãs brancas, de acordo com uma equipe internacional liderada por astrônomos da Universidade de Warwick (Reino Unido), e tal objeto astronômico evitou por pouco a destruição.

A equipe descobriu uma incomum anã branca ultramassiva a cerca de 150 anos-luz da Terra com uma composição atmosférica nunca vista antes. E esta foi a primeira vez que uma anã branca fundida foi identificada usando sua composição atmosférica como uma pista.

A descoberta, publicada em 2 de março na revista Nature Astronomy, pode levantar novas questões sobre a evolução das anãs brancas massivas e o número de supernovas em nossa galáxia.

Essa estrela, chamada WDJ0551+4135, foi identificada em uma pesquisa de dados do telescópio Gaia da Agência Espacial Europeia. Os astrônomos acompanharam a espectroscopia feita usando o Telescópio William Herschel, concentrando-se nas anãs brancas identificadas como particularmente massivas – um feito tornado possível pela missão Gaia. Ao distribuir os dados sobre a luz emitida pela estrela, os astrônomos conseguiram identificar a composição química de sua atmosfera e descobriram que ela tinha um nível incomumente alto de carbono presente.

O principal autor do estudo, Mark Hollands, do Departamento de Física da Universidade de Warwick, disse: “Esta estrela se destacou como algo que nunca vimos antes. Você pode esperar ver uma camada externa de hidrogênio, às vezes misturada com hélio, ou apenas um mistura de hélio e carbono. Mas você não espera ver essa combinação de hidrogênio e carbono ao mesmo tempo, pois deve haver uma espessa camada de hélio que coibiria essa mistura. Quando olhamos para ela, não conseguimos ver como isso é possível”.

Para resolver o enigma, os astrônomos se tornaram detetives para descobrir as verdadeiras origens da estrela.

As anãs brancas são restos de estrelas como o nosso próprio Sol, que queimaram todo o combustível e liberaram as camadas externas. A maioria é relativamente leve, cerca de 0,6 vezes a massa do nosso Sol, mas a estrela massiva descoberta pesa 1,14 massas solares, quase o dobro da massa média. Apesar de ser mais pesada que o nosso Sol, ela é compactado em dois terços do diâmetro da Terra.

A idade da anã branca também é uma pista. Estrelas mais velhas orbitam a Via Láctea mais rapidamente que as mais jovens, e esse objeto está se movendo mais rápido que 99% das outras anãs brancas próximas com a mesma idade de resfriamento, sugerindo que essa estrela é mais velha do que parece.

O Dr. Hollands acrescenta: “Temos uma composição que não podemos explicar através da evolução estelar normal, uma massa duas vezes a média de uma anã branca e uma idade cinemática mais antiga do que a inferida pelo resfriamento. Estamos certos de como se forma uma anã branca e, segundo essa noção, essa estrela massiva quebra as regras que conhecemos. A única maneira de explicar isso é que ela teria sido formada através da fusão de duas anãs brancas”.

A teoria é que quando uma estrela em um sistema binário se expande no final de sua vida útil, ela envolve sua parceira, aproximando sua órbita à medida que a primeira estrela diminui. O mesmo acontecerá quando a outra estrela se expandir. Ao longo de bilhões de anos, a emissão de ondas gravitacionais encolherá ainda mais a órbita, a ponto de as estrelas se fundirem.

Embora se previsse a ocorrência de fusões de anãs brancas, essa seria particularmente incomum. A maioria das fusões em nossa galáxia ocorrerá entre estrelas com massas diferentes, enquanto essa fusão parece ser de de duas estrelas de tamanho semelhante. Há também um limite para o tamanho da anã branca resultante: se passar de 1,4 de massa solar, acredita-se que ela explodiria em uma supernova, embora seja possível que essas explosões ocorram em massas um pouco mais baixas, portanto essa estrela é útil para demonstrar quão massiva uma anã branca pode se formar e ainda sobreviver.

Como o processo de fusão reinicia o resfriamento da estrela, é difícil determinar quantos anos ela tem. A anã branca provavelmente se fundiu cerca de 1,3 bilhão de anos atrás, mas as duas anãs brancas originais podem ter existido por muitos bilhões de anos antes.

É uma das poucas anãs brancas fundidas a serem identificadas até agora, e a única através de sua composição.

O Dr. Hollands acrescenta: “Não existem muitas anãs brancas massivas a esse ponto, embora haja mais do que você conseguimos observar hoje, o que implica que algumas delas provavelmente foram formadas por fusões. No futuro, poderemos usar uma técnica chamada asterossismologia para aprender sobre a composição central da anã branca a partir de suas pulsações estelares, o que seria um método independente para confirmar que essa estrela é formada por uma fusão.

“Talvez o aspecto mais empolgante desta estrela seja que ela quase não explodiu como uma supernova – essas explosões gigantescas são realmente importantes no mapeamento da estrutura do Universo, pois podem ser detectadas a distâncias muito grandes. No entanto, ainda há muita incerteza sobre quais tipo de sistemas estelares chegam ao estágio da supernova. Por mais estranho que pareça, medir as propriedades dessa supernova ‘que não vingou’ e futuros semelhantes, nos dizendo muito sobre os caminhos que levam a estrela para uma autoaniquilação termonuclear”.

Referência

  • An ultra-massive white dwarf with a mixed hydrogen–carbon atmosphere as a likely merger remnant, Nature Astronomy (2020). DOI: 10.1038/s41550-020-1028-0
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