Par “desastroso” de estrelas com a trajectória mais curta até à data

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M.Weiss / Núcleo para Astrofísica / Harvard & Smithsonian

Esta ilustração mostra uma anã branca (à direita) a orbitar uma estrela maior, semelhante ao sol (à esquerda) numa trajectória ultracurta, formando um sistema binário “desastroso”.

Quase metade das estrelas na nossa Galáxia são solitárias porquê o Sol. A outra metade vive aos pares, ou em sistemas múltiplos, com órbitas tão íntimas que alguns destes sistemas podiam caber entre a Terreno e a Lua.

Astrónomos do MIT (Massachusetts Institute of Technology) e de outros locais descobriram agora um binário estelar, ou par de estrelas, com uma trajectória extremamente curta, parecendo orbitar-se uma à outra cada 51 minutos.

O sistema parece pertencer a uma classe binária rara conhecida porquê “variável cataclísmica”, na qual uma estrela semelhante ao nosso Sol orbita intimamente uma anã branca — um núcleo quente e denso de uma estrela “queimada”.

Uma variável cataclísmica ocorre quando as duas estrelas se aproximam, ao longo de milhares de milhões de anos, fazendo com que a anã branca comece a acretar, ou a manducar material da sua estrela parceira.

Leste processo pode exprimir enormes flashes variáveis de luz que, há séculos detrás, os astrónomos assumiram ser o resultado de qualquer catástofre ignoto.

O sistema recentemente revelado, que a equipa identificou porquê ZTF J1813+4251, é uma variável cataclísmica com a trajectória mais curta detetada até à data.

Ao contrário de outros sistemas semelhantes observados no pretérito, os astrónomos capturaram esta variável cataclísmica à medida que as estrelas se eclipsavam uma à outra várias vezes, permitindo à equipa medir com precisão as propriedades de cada estrela.

Com estas medições, os investigadores correram simulações do que o sistema está provavelmente a fazer hoje e de porquê deverá evoluir ao longo das próximas centenas de milhões de anos. Concluem que as estrelas estão atualmente em transição e que a estrela semelhante ao Sol tem trilhado a orbitar e a “doar” grande segmento da sua atmosfera de hidrogénio à voraz anã branca.

A estrela semelhante ao Sol acabará por ser despojada até um núcleo maioritariamente denso e rico em hélio. Setenta milhões de anos depois, as estrelas migrarão ainda para mais perto uma da outra, com uma trajectória ultracurta de unicamente 18 minutos, antes de começarem a expandir e a afastar-se.

Há décadas detrás, os investigadores do MIT e de outros locais previram que tais variáveis cataclísmicas deveriam transitar para órbitas ultracurtas. Esta é a primeira vez que um sistema de transição deste tipo é observado diretamente.

“Leste é um caso vasqueiro em que apanhámos um destes sistemas no ato de passar da acreção do hidrogénio para a acreção do hélio”, diz Kevin Burdge, do Departamento de Física do MIT.

“As pessoas previram que estes objetos deveriam transitar para órbitas ultracurtas e foi discutido durante muito tempo se poderiam ser suficientemente curtas para exprimir ondas gravitacionais detetáveis. Esta invenção termina, assim, o debate“.

Burdge e colegas publicaram a sua invenção na revista Nature, a 5 de outubro. Os coautores do estudo incluem colaboradores de outras instituições, incluindo do Núcleo para Astrofísica | Harvard & Smithsonian.

Levantamento estelar

Os astrónomos descobriram o novo sistema dentro de um vasto catálogo de estrelas observadas pelo ZTF (Zwicky Transient Facility), um levantamento que usa uma câmara ligada a um telescópio no Observatório Palomar, no estado norte-americano da Califórnia, para tirar fotografias de subida solução de largas áreas do firmamento.

O levantamento já obteve mais de 1000 imagens de cada uma das mais de milénio milhões de estrelas no firmamento, registando a luminosidade variável de cada estrela ao longo de dias, meses e anos.

Burdge vasculhou o catálogo em procura de sinais de sistemas com órbitas ultracurtas, cuja dinâmica pode ser tão extrema que devem exprimir dramáticas explosões de luz e exprimir ondas gravitacionais. “As ondas gravitacionais estão a permitir-nos estudar o Universo de uma forma totalmente novidade”, diz Burdge, que está à procura, no firmamento, de novas fontes de ondas gravitacionais.

Para nascente novo estudo, Burdge procurou, nos dados ZTF, estrelas que pareciam piscar repetidamente, com um período de menos de uma hora — uma frequência que normalmente sinaliza um sistema de pelo menos dois objetos em trajectória íntima, com um a terçar o outro e a bloquear brevemente a sua luz.

Utilizou um algoritmo para examinar mais de milénio milhões de estrelas, cada uma das quais foi registada em mais de 1000 imagens. O algoritmo filtrou murado de um milhão de estrelas que pareciam piscar mais ou menos a cada hora.

Entre estas, Burdge observou, com os seus olhos, em procura de sinais de privado interesse. A sua pesquisa levou-o a ZTF J1813+4251 — um sistema que reside a respeito de 3000 anos-luz da Terreno, na direção da constelação de Hércules.

“Esta coisa saltou à vista, onde vi um eclipse a ocorrer a cada 51 minutos e disse, ‘OK, isto é definitivamente um binário’”, recorda Burdge.

Um núcleo denso

Ele e colegas focaram-se portanto no sistema usando o Observatório W. M. Keck no Hawaii e o GTC (Gran Telescopio Canarias) na Espanha. Verificaram que o sistema era excecionalmente “limpo”, o que significava que podiam ver claramente a sua mudança de luz a cada eclipse. Com tal nitidez, foram capazes de medir com precisão a volume e o relâmpago de cada objeto, muito porquê o seu período orbital.

Descobriram que o primeiro objeto era provavelmente uma anã branca, com 1/100 do tamanho do Sol e murado de metade da sua volume.

O segundo objeto era uma estrela semelhante ao Sol perto do término da sua vida, com um-décimo do tamanho e volume do Sol (murado do tamanho de Júpiter). As estrelas também pareciam orbitar-se uma à outra a cada 51 minutos.

No entanto, alguma coisa não batia manifesto. “Esta estrela parecia o Sol, mas o Sol não pode caber numa trajectória subordinado a oito horas — o que é que se passava cá?” questionou Burdge.

Em pouco tempo chegou a uma explicação: há quase 30 anos detrás, investigadores haviam previsto que os sistemas com órbitas ultracurtas deveriam viver porquê variáveis cataclísmicas.

À medida que a anã branca orbita a estrela parecida com o Sol e come o seu hidrogénio ligeiro, a estrela parecida com o Sol deverá permanecer “queimada”, deixando um núcleo de hélio — um elemento que é mais denso do que o hidrogénio e pesado o suficiente para manter a estrela morta numa trajectória íntima e ultracurta.

Burdge percebeu que ZTF J1813+4251 era provavelmente uma variável cataclísmica no ato de transição de um corpo rico em hidrogénio para um corpo rico em hélio.

A invenção confirma as previsões feitas por astrónomos no pretérito e também permanece porquê a variável cataclísmica com trajectória mais curta detetada até à data.

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Leste é um sistema privativo“, diz Burdge. “Tivemos a dupla sorte de encontrar um sistema que responde a uma grande pergunta em descerrado e é uma das variáveis cataclísmicas mais maravilhosamente comportadas conhecidas”.

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