Quando Duas Estrelas Fazem Uma

Uma equipa de astrónomos espanhóis identificou um sistema composto por duas estrelas muito maciças que orbitam quase em contacto, deformadas pela gravidade mútua. Dentro de alguns milhares de anos, a evolução nuclear das estrelas levará à sua expansão e consequente fusão numa única estrela. O resultado será, possivelmente, uma estrela enorme com mais de 60 massas solares e uma luminosidade 1 milhão de vezes superior à do Sol, mas não se sabe ao certo, nem nunca foi observado directamente, o que acontecerá durante a fusão das duas estrelas. Esta descoberta constitui um ponto a favor de uma teoria, que tenta explicar a existência de estrelas com massas muito elevadas, com a fusão de uma ou mais estrelas menos maciças, em sistemas binários ou múltiplos, numa fase precoce da sua evolução.

A equipa espanhola focou a sua atenção num sistema designado de MY Camelopardalis (MY Cam), na constelação da Girafa (Camelopardalis), no céu boreal. Trata-se do objecto mais luminoso de um pequeno enxame de estrelas designado por Alicante I. O enxame é muito jovem, com menos de 2 milhões de anos, e está situado no braço espiral mais exterior da Via Láctea, a cerca de 12 mil anos-luz.

O centro do enxame de estrelas Alicante I, na constelação da Girafa. O sistema binário MY Camelopardalis é a estrela assinalada com o círculo #693. Crédito: I. Negueruela e A. Marco.

MY Cam é formado por duas estrelas de tipo espectral O, muito maciças e luminosas, que orbitam um centro de gravidade comum em apenas 1.2 dias! As estrelas de tipo O são extremamente raras na Via Láctea. De todas as estrelas na sequência principal, i.e., que realizam a fusão do hidrogénio em hélio nos seus núcleos, as estrelas de tipo espectral O são as mais quentes, mais maciças, mais luminosas e maiores. São também as que permanecem menos tempo na sequência principal, transformando-se, ao fim de poucos milhões de anos, em supergigantes.

Estudos recentes mostram que estas estrelas nascem preferencialmente em sistemas binários ou mesmo múltiplos com pelo menos 2 componentes com massas semelhantes. Com base nesta e noutras observações, alguns cientistas sugeriram que as estrelas com massas extremas, que podem atingir 100 ou 150 vezes a do Sol, se formam quando duas ou mais estrelas se orbitam tão próximo que acabam por se fundir. Por esta razão, MY Cam assume um interesse especial para os astrónomos interessados na formação de estrelas maciças.

As estrelas de tipo espectral O, as mais quentes, maciças e luminosas, são extremamente raras na Via Láctea, constituindo menos de 0.0001% da população total da galáxia. No Universo actual as galáxias parecem formar muito mais eficientemente estrelas pouco maciças e luminosas.

O tamanho e temperatura de estrelas na sequência principal, i.e., que realizam a fusão do hidrogénio em hélio nos seus núcleos. Ambas as componentes de MY Cam são estrelas de tipo espectral O. O Sol é também uma estrela na sequência principal, mas de tipo G.

Desde meados do século passado que se conhece a natureza binária de MY Cam. No entanto, apenas há 10 anos se descobriu que é um sistema binário de eclipses. Nestes sistemas, o plano orbital das estrelas está alinhado com a nossa linha de visão de tal modo que as estrelas se eclipsam periodicamente. A análise da variação de brilho do sistema, durante e fora dos eclipses, permite aos astrónomos determinar propriedades importantes sobre o sistema, como o período orbital e os tamanhos relativos das estrelas.

A curva de luz do sistema MY Cam. Os vales na curva correspondem a eclipses. A análise da periodicidade dos eclipses permite determinar o período orbital. A forma da curva permite determinar as dimensões físicas das estrelas. Crédito: J. Lorenzo et. al..

Em simultâneo, a análise do espectro do sistema ao longo da órbita permite também inferir informação complementar à obtida pela análise da curva de luz. A equipa de astrónomos utilizou estas duas técnicas para deduzir o período orbital (1.17 dias), a massa das duas estrelas (38 e 32 massas solares), o tipo espectral preciso (O6V) e as respectivas temperaturas das fotosferas (42 mil e 39 mil Kelvin).

Um sistema binário constituído por duas estrelas — A e B — demasiado próximas para poderem ser separadas por um telescópio. A análise da luz do sistema permite detectar as linhas espectrais de A e B, separadamente. As linhas (riscas negras verticais no arco-íris) movem-se ligeiramente para o azul (vermelho), consoante a componente respectiva se aproxima (afasta) da Terra no seu movimento orbital. A análise dos espectros permite determinar, entre outros parâmetros, o período orbital e um valor mínimo para a massa total do sistema. Crédito: Wikipedia.

A análise dos dados permitiu também concluir que as estrelas têm a forma de uma “gota de água”, deformadas pela gravidade mútua e pelas velocidades de rotação e translação extremas. De facto, as componentes de MY Cam movem-se em torno do centro de gravidade comum à velocidade de 1 milhão de km/h (!) e rodam em torno de si próprias à mesma velocidade. As estrelas parecem já encher os respectivos Lóbulos de Roche — a região do espaço em volta de uma estrela num sistema binário em que a sua atracção gravitacional é dominante. Nos próximos milhares de anos, à medida que gastarem o hidrogénio no seu núcleo, as estrelas expandir-se-ão para fora dos seus Lóbulos de Roche e o plasma no exterior pode escapar do sistema binário ou ser capturado pela outra componente do sistema. Nessa altura, as duas estrelas orbitar-se-ão dentro de um casulo de plasma, aproximando-se lentamente. O processo terminará com a fusão completa numa única estrela.

Imagem sintética que representa a forma e a posição relativa das duas estrelas do sistema MY Cam, com base na análise da curva de luz. Crédito: J. Lorenzo et. al..

Ninguém sabe como ocorre a fusão, nunca foi observada. Alguns modelos sugerem que é extremamente rápida libertando uma quantidade fabulosa de energia numa explosão. Outros sugerem que é um processo mais gradual. Muitos astrofísicos crêem que esta é a forma utilizada pela Natureza para produzir estrelas muito maciças, e a simples existência de um sistema como MY Cam é um ponto a favor para esta teoria.

(Fontes: arXiv.org, phys.org)