Extraordinária estrela anã branca é possivelmente a mais fria e mais fraca já detectada

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Impressão artística de uma estrela anã branca em órbita com o pulsar PSR J2222-0137. Pode ser a anã branca mais fria e mais fraca já identificada. Crédito: B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)

Artigo traduzido de National Radio Astronomy Observatory.

Uma equipe de astrônomos identificou possivelmente a mais fria e mais fraca estrela anã branca já detectada. Esta antiga remanescente estelar é tão fria que seu carbono se cristalizou, formando – na verdade – um diamante do tamanho da Terra no espaço.

“É um objeto realmente notável”, disse David Kaplan, um professor da Universidade de Wisconsin-Milwaukee. “Estas coisas devem estar lá fora, mas por serem tão fracas elas são muito difíceis de encontrar.”

Kaplan e seus colegas descobriram esta joia estelar usando o National Radio Astronomy Observatory (NRAO), o Green Bank Telescope (GBT) e o Very Long Baseline Array (VLBA), bem como outros observatórios.

Anãs brancas são os estados finais extremamente densos de estrelas como o nosso Sol, que entraram em colapso para formar um objeto aproximadamente do tamanho da Terra. Composta principalmente de carbono e oxigênio, anãs brancas esfriam lentamente e desaparecem ao longo de bilhões de anos. O objeto neste novo estudo tem provavelmente a mesma idade que a Via Láctea, cerca de 11 bilhões de anos.

Os pulsares são estrelas de nêutrons girando rapidamente, eles são os restos superdensos de estrelas massivas que explodiram como supernovas. Como estrelas de nêutrons giram, elas emitem feixes de ondas de rádio a partir dos polos de seu campo magnético poderoso que varrem através do espaço. Quando um desses feixes varre a Terra, os radiotelescópios podem capturar o pulso de ondas de rádio.

O companheiro pulsar desta anã branca, chamado de PSR J2222-0137, foi o primeiro objeto desse sistema a ser detectado. Ele foi encontrado usando o GBT por Jason Boyles, um então estudante de graduação na Universidade de West Virginia em Morgantown.

Estas primeiras observações revelaram que o pulsar estava girando mais de 30 vezes por segundo e foi gravitacionalmente ligado a uma estrela companheira, que foi inicialmente identificada como outra estrela de nêutrons ou, mais provavelmente, uma incomum anã branca fria. Foi calculado que os dois orbitam um ao outro uma vez a cada 2,45 dias.

O pulsar foi então observado ao longo de um período de dois anos com o VLBA por Adam Deller, um astrônomo do Instituto Holandês de Radioastronomia (ASTRON). Estas observações identificaram a sua localização e distância da Terra – cerca de 900 anos-luz de distância, na direção da constelação de Aquário. Essa informação foi fundamental para aperfeiçoar o modelo utilizado para cronometrar a chegada dos pulsos na Terra com o GBT.

Ao aplicar a teoria da relatividade de Einstein, os pesquisadores estudaram como a gravidade da companheira distorcia o espaço, causando atrasos no sinal de rádio quando o pulsar passou por trás dela. Estes ciclos atrasados ajudaram os pesquisadores a determinar a orientação da sua órbita e as massas individuais das duas estrelas. O pulsar tem uma massa 1,2 vezes maior que a do Sol e a companheira uma massa 1,05 vezes maior do que a do Sol.

Estes dados fortemente indicaram que a companheira do pulsar não poderia ser uma segunda estrela de nêutrons; as órbitas eram muito ordenadas para uma segunda supernova ter ocorrido.

Sabendo a sua localização com tal alta precisão e quão brilhante uma anã branca deve aparecer a essa distância, os astrônomos acreditavam que seriam capazes de observá-la à luz óptica e infravermelha.

Notavelmente, nem o Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR), no Chile, nem telescópio Keck de 10 metros no Havaí foram capazes de detectá-la.

“Nossa imagem final deveria nos mostrar uma companheira 100 vezes mais fraca do que qualquer outra anã branca que orbita uma estrela de nêutrons e cerca de 10 vezes mais fraca do que qualquer anã branca conhecida, mas nós não vemos coisa alguma”, disse Bart Dunlap, um estudante de pós-graduação na Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill e um dos membros da equipe. “Se há uma anã branca, e quase certamente há, deve ser extremamente fria”.

Os pesquisadores calcularam que a anã branca não teria mais do que 3.000 graus Kelvin(2.700 graus Celsius). Nosso Sol em seu centro é cerca de 5.000 vezes mais quente.

Os astrônomos acreditam que essa estrela fria seria em grande parte de carbono cristalizado, não muito diferente de um diamante. Outras estrelas semelhantes já foram identificadas e não são teoricamente raras, mas com um baixo brilho intrínseco podem ser insanamente difíceis de detectar. Sua localização fortuita em um sistema binário com uma estrela de nêutrons permitiu à equipe identificar esta.

Um artigo descrevendo os resultados foi publicado no Astrophysical Journal.

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