Uma estrela vampira e sua vítima foram encontradas no abraço mais apertado de todos

Uma estrela vampira e sua vítima foram encontradas no abraço mais apertado de todos

18 de outubro de 2022 0 Por Jonas Estefanski
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A ilustração de um artista mostra uma anã branca (direita) circulando uma estrela maior, semelhante ao Sol (esquerda) em uma órbita ultracurta, formando um sistema binário “cataclísmico”. (Créditos: Crédito: M. Weiss/Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian)

Traduzido por Julio Batista
Original de Jennifer Chu para o MIT News

Quase metade das estrelas em nossa galáxia são solitárias como o Sol. A outra metade compreende estrelas que circundam outras estrelas, em pares e múltiplos, com órbitas tão apertadas que alguns sistemas estelares poderiam caber entre a Terra e a Lua.

Astrônomos do MIT e de outros lugares descobriram agora um sistema binário estelar, ou par de estrelas, com uma órbita extremamente curta, parecendo circular uma à outra a cada 51 minutos. O sistema parece ser um de uma rara classe de binários conhecida como “variável cataclísmica”, na qual uma estrela semelhante ao nosso Sol orbita firmemente em torno de uma anã branca – um núcleo quente e denso de uma estrela esgotada de combustível.

Uma variável cataclísmica ocorre quando as duas estrelas se aproximam, ao longo de bilhões de anos, fazendo com que a anã branca comece a acumular ou comer material de longe de sua estrela companheira como uma vampira. Esse processo pode emitir enormes e variáveis ​​flashes de luz que, séculos atrás, os astrônomos supunham ser resultado de algum cataclismo desconhecido.

O sistema recém-descoberto, que a equipe nomeou ZTF J1813+4251, é uma variável cataclísmica com a órbita mais curta detectada até o momento. Ao contrário de outros sistemas observados no passado, os astrônomos capturaram essa variável cataclísmica quando as estrelas se eclipsaram várias vezes, permitindo que a equipe medisse com precisão as propriedades de cada estrela.

Com essas medições, os pesquisadores fizeram simulações do que o sistema provavelmente está fazendo hoje e como ele deve evoluir nas próximas centenas de milhões de anos. Eles concluem que as estrelas estão atualmente em transição e que a estrela parecida com o Sol está circulando e “doando” grande parte de sua atmosfera de hidrogênio para a voraz anã branca. A estrela parecida com o Sol acabará por ser reduzida a um núcleo principalmente denso e rico em hélio. Em outros 70 milhões de anos, as estrelas migrarão e estarão ainda mais próximas, com uma órbita ultracurta atingindo apenas 18 minutos, antes de começarem a se expandir e se afastar.

Décadas atrás, pesquisadores do MIT e de outros lugares previram que essas variáveis ​​cataclísmicas deveriam fazer a transição para órbitas ultracurtas. Esta é a primeira vez que tal sistema de transição foi observado diretamente.

“Este é um caso raro em que pegamos um desses sistemas no ato de mudar de acreção de hidrogênio para hélio”, disse Kevin Burdge, bolista no Departamento de Física do MIT. “As pessoas previram que esses objetos deveriam fazer a transição para órbitas ultracurtas, e foi debatido por muito tempo se eles poderiam ficar em órbitas curtas o suficiente para emitir ondas gravitacionais detectáveis. Esta descoberta coloca isso de lado.”

Burdge e seus colegas relatam sua descoberta essa semana na Nature. Os coautores do estudo incluem colaboradores de várias instituições, incluindo Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian.

Pesquisando o céu

Os astrônomos descobriram o novo sistema dentro de um vasto catálogo de estrelas, observadas pela Zwicky Transient Facility (ZTF), uma pesquisa que usa uma câmera acoplada a um telescópio no Observatório Palomar, na Califórnia, para tirar fotos de alta resolução de amplas faixas do céu.

A pesquisa tirou mais de 1.000 imagens de cada uma das mais de 1 bilhão de estrelas no céu, registrando a mudança de brilho de cada estrela ao longo de dias, meses e anos.

Burdge vasculhou o catálogo, procurando por sinais de sistemas com órbitas ultracurtas, cuja dinâmica pode ser tão extrema que eles deveriam emitir rajadas dramáticas de luz e emitir ondas gravitacionais.

“As ondas gravitacionais estão nos permitindo estudar o universo de uma maneira totalmente nova”, disse Burdge, que está procurando no céu novas fontes de ondas gravitacionais.

Para este novo estudo, Burdge analisou os dados da ZTF em busca de 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 órbita próxima, com um cruzando o outro e brevemente bloqueando sua luz.

Ele usou um algoritmo para eliminar mais de 1 bilhão de estrelas, cada uma das quais foi registrada em mais de 1.000 imagens. O algoritmo peneirou cerca de 1 milhão de estrelas que pareciam piscar a cada hora. Entre estes, Burdge então procurou por sinais de particular interesse. Sua busca se concentrou no ZTF J1813+4251 – um sistema que reside a cerca de 3.000 anos-luz da Terra, na constelação de Hércules.

“Essa coisa apareceu, onde eu vi um eclipse acontecendo a cada 51 minutos, e eu disse, OK, isso é definitivamente um binário”, lembra Burdge.

Um núcleo denso

Ele e seus colegas se concentraram ainda mais no sistema usando o Observatório WM Keck no Havaí e o Gran Telescopio Canarias na Espanha. Eles descobriram que o sistema era excepcionalmente “limpo”, o que significa que podiam ver claramente sua mudança de luz a cada eclipse. Com tanta clareza, eles conseguiram medir com precisão a massa e o raio de cada objeto, bem como seu período orbital.

Eles descobriram que o primeiro objeto era provavelmente uma anã branca, com 1/100 do tamanho do Sol e cerca de metade de sua massa. O segundo objeto era uma estrela parecida com o Sol perto do fim de sua vida, com um décimo do tamanho e da massa do Sol (aproximadamente do tamanho de Júpiter). As estrelas também pareciam orbitar umas às outras a cada 51 minutos.

No entanto, algo não se encaixava.

“Esta estrela parecia com o Sol, mas o Sol não pode caber em uma órbita menor que oito horas – o que há aqui?” disse Burdge.

Ele logo encontrou uma explicação: quase 30 anos atrás, pesquisadores, incluindo o professor emérito do MIT Saul Rappaport, haviam previsto que sistemas de órbita ultracurta deveriam existir como variáveis ​​cataclísmicas. À medida que a anã branca vampira orbita a estrela parecida com o Sol e consome seu hidrogênio leve, a estrela parecida com o Sol deve se esgotar, deixando um núcleo de hélio – um elemento que é mais denso que o hidrogênio e pesado o suficiente para manter a estrela morta em uma órbita apertada e ultracurta.

Burdge percebeu que ZTF J1813+4251 era provavelmente uma variável cataclísmica, no ato de transição de um corpo rico em hidrogênio para hélio. A descoberta confirma as previsões feitas por Rappaport e outros, e também se destaca como a variável cataclísmica de órbita mais curta detectada até o momento.

“Este é um sistema especial”, disse Burdge. “Tivemos dupla sorte de encontrar um sistema que responde a uma grande questão em aberto e é uma das variáveis ​​cataclísmicas mais bem controladas conhecidas.”

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pelo Conselho Europeu de Pesquisa.