Sistema binário eclipsante de anãs brancas observado pela primeira vez revela os segredos das estrelas de hélio

IMAGEM: Concepção artístida do sistema binário NLTT 11748. A rara anã branca maior, porém bem menos massiva, composta de Hélio é eclipsada pela mais massiva e comum anã branca de carbono/oxigênio, a qual tem praticamente o tamanho da Terra. Crédito: Steve Howell/Pete Marenfeld/NOAO

Rara anã branca de Hélio tem suas características reveladas

Astrofísicos da UCSB (Universidade da Califórnia em Santa Bárbara) são os primeiros cientistas no mundo que identificaram duas anãs brancas eclipsantes em sistema binário. Tal descoberta permitiu a primeira medição direta do diâmetro de uma rara anã branca composta de Hélio puro. Estas observações são as primeiras que confirmam a teoria estelar sobre as anãs brancas de Hélio.

Esta história começa com as observações de Justin Steinfadt, estudante de física na UCSB que tem monitorado as anãs brancas, como parte de sua tese de doutorado junto com Lars Bildsten, professor e membro permanente do Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) do UCSB e Steve Howell, astrônomo do National Optical Astronomy Observatory (NOAO) em Tucson, Arizona.

Os cientistas descobriram eclipses de curta duração durante as observações da anã branca NLTT 11748 com o Faulkes Telescope North pertencente ao Las Cumbres Observatory Global Telescope (LCOGT),, instituição associada com UCSB. NLTT 11748 é uma das poucas anãs brancas com núcleo de hélio de baixa massa que estão sob cuidadoso estudo sobre suas variações de brilho. Ao examinar uma seqüência de imagens instantâneas da NLTT 11748, tomadas a uma exposição por minuto, os cientistas encontraram evidências de brilho mais tênue di sistema em algumas imagens consecutivas. Steinfadt rapidamente percebeu a importância desta descoberta inesperada. “Nós temos olhado muitos sistemas estelares, mas eu ainda acho que tivemos sorte!”, disse ele.

Avi Shporer, colega de pós-doutorado na UCSB e no LCOGT, ajudou nas observações e contribuiu com sua experiência para as pesquisas. “Sabíamos que havia algo incomum, especialmente quando se confirmando essas quedas na luminosidade do sistema na noite seguinte”, diz Shporer. Os cientistas observaram dois eclipses com três minutos duração, durante a órbita de 5,6 horas das anã-brancas em torno do seu centro de massa.

Keck

A emoção da descoberta e a necessidade de uma confirmação precisa levaram os astrônomos a buscar a utilização de um dos telescópios gêmeos de 10 metros do observatório Keck localizado em Mauna Kea, no Havaí, apenas cinco semanas após a primeira observação. A equipe também contou com a ajuda de David Kaplan, um membro da equipe do telescópio espacial Hubble e companheiro de pós-doutorado na KITP. Para conseguir o tempo no Keck, Bildsten e Kaplan negociaram o uso do tempo que havia sido reservado para outro projeto com Geoff Marcy da UC Berkeley.

Durante uma noite, os cientistas foram capazes de medir o efeito Doppler na anã branca menos massiva (a anã branca de Hélio) do sistema NLTT 11748, quando esta orbitava em torno de sua pequena companheira, porém mais massiva, uma anã branca da carbono/oxigênio. “Foi surpreendente para testemunhar as mudanças da velocidade da anã branca em apenas alguns minutos”, disse Kaplan, que estava presente no telescópio Keck durante as observações.

Um animal raro…

Estas observações levaram à confirmação de uma importante teoria das anãs brancas.. As estrelas terminam suas vidas diversas maneiras. “A formação de tal sistema binário com uma raríssima anã branca de Hélio de baixa massa deve ser o resultado de interações e perda de massa entre as duas estrelas originais“ (*), disse Howell. Anãs brancas são objetos degenerados, remanescentes de estrelas como o Sol, extremamente densos e com dimensões comparáveis às da Terra. A estrela (massiva como o Sol) se converte em uma anã branca quando se esgota seu combustível nuclear e tudo o que lhe resta é um denso núcleo interior, geralmente composto de carbono e oxigênio.

Assim, uma das componentes estelares do sistema binário recentemente descoberto é uma anã branca com núcleo remanescente de hélio relativamente rara com uma massa de apenas 10% a 20% da do Sol. A existência deste objeto especial é conhecida há mais de 20 anos. O trabalho teórico previa que as anãs brancas de hélio são mais quentes e maiores do que a anãs brancas comuns de carbono/oxigênio. No entanto, até agora, seu tamanho nunca havia sido medido. Observações do sistema NLTT 11748 por este grupo de cientistas produziram as primeiras medições diretas do raio deste tipo raro de anã branca, o que confirma a teoria.

A outra estrela do binário também é uma anã branca, embora de um tipo mais comum, composta principalmente de carbono e oxigênio, com cerca de 70% da massa do Sol. Como as anãs brancas são objetos degenerados, quanto mais massiva a anã branca, menor o seu tamanho (vide a ilustração no topo do artigo). Sendo menor, a luz emitida é 30 vezes mais tênue do que a irradiada pela sua companheira maior no par binário.

Bildsten creditou o sucesso deste trabalho às colaborações científicas com a UCSB, lembrando que a equipe original foi expandida para incluir o KITP, o Departamento de Física e LCOGT para dar uma resposta rápida às novas descobertas.

“Uma possibilidade particularmente intrigante seria a de avaliarmos o que vai acontecer dentro de 6 a 10 bilhões anos”, disse Bildsten. “Este par binário de anãs brancas está emitindo ondas gravitacionais em um ritmo que vai obrigá-las a entrar em contato. O que acontecerá quando isto ocorrer, ainda não temos como imaginar. “

Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Astrophysical Journal Letters.

(*) Nota: As anãs brancas de Hélio são objetos raros pela simples razão de serem os resultados diretos da morte das estrelas anã-vermelhas, as quais, ao final do longuíssimo período de tempo que permanecem na seqüência principal, cessam a nucleossíntese do hidrogênio e expulsam suas camadas externas, degenerando-se em uma anã branca de hélio. Isto ocorre por que as anãs vermelhas não têm massa suficiente para prosseguir processando o hélio do seu núcleo para gerar o carbono/oxigênio. As anãs vermelhas solitárias permanecem na seqüência principal por dezenas de bilhões de anos até trilhões de anos. Assim, naturalmente, como o Universo tem menos de 14 bilhões de anos de idade, não encontraremos anãs brancas de Hélio solitárias vagando por aí. Em geral, as anãs brancas de hélio fazem parte de sistemas multiestelares que sofreram fortes interações com troca substancial de massa entre seus componentes ao longo da sua evolução.

Recomendamos a leitura do artigo “Hubble mostra evidências de um aglomerado de raríssimas anãs brancas de Hélio, cinzas de minúsculas estrelas que morreram prematuramente” para entender mais sobre estes raros objetos cósmicos.

Fonte

O artigo acima é uma tradução livre (com adaptações editoriais e complementos), baseada na fonte abaixo:

• UCSB: Unique Eclipsing Binary Star System Discovered by UCSB Astrophysicists

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