As estranhas órbitas dos discos planetários tipo-“Tatooine”

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Dois exemplos de discos proto-planetários alinhados e desalinhados em torno de estrelas binárias (discos circum-binários), observados com o ALMA. As órbitas das estrelas binárias foram acrescentadas para efeitos de claridade. Esquerda: no sistema estelar HD 98800 B, o disco está desalinhado com as estrelas do binário. As estrelas orbitam-se uma à outra (nesta imagem, na nossa direcção e na direcção contrária) em 315 dias. Direita: no sistema estelar AK Sco, o disco está em linha com a órbita das suas estrelas binárias. As estrelas orbitam-se uma à outra a cada 13,6 dias.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), I. Czekala e G. Kennedy; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos descobriram geometrias orbitais impressionantes em discos proto-planetários que rodeiam estrelas binárias. Embora os discos que orbitem os sistemas estelares duplos mais compactos partilhem quase o mesmo plano, os discos em torno de binários largos têm planos orbitais muito inclinados. Estes sistemas podem ensinar-nos mais sobre a formação planetária em ambientes complexos.

Ao longo das últimas duas décadas têm sido encontrados milhares de planetas em órbita de outras estrelas além do Sol. Alguns destes planetas orbitam duas estrelas, tal como o lar de Luke Skywalker, Tatooine (da saga “Star Wars”). Os planetas nascem em discos proto-planetários – temos agora observações maravilhosas destes discos graças ao ALMA – mas a maioria dos discos estudados até agora encontram-se em estrelas singulares. Os exoplanetas tipo-“Tatooine” formam-se em discos que rodeiam estrelas duplas, os chamados discos circum-binários.

O estudo dos locais de nascimento dos planetas “Tatooine” fornece uma oportunidade única de aprender como os planetas se formam em ambientes diferentes. Os astrónomos já sabem que as órbitas das estrelas binárias podem distorcer e inclinar o disco em seu redor, resultando num disco circum-binário desalinhado em relação ao plano orbital das suas estrelas hospedeiras. Por exemplo, num estudo de 2019 liderado por Grant Kennedy da Universidade de Warwick, no Reino Unido, o ALMA encontrou um disco circum-binário impressionante numa configuração polar.

“Com o nosso estudo, queríamos aprender mais sobre as geometrias típicas dos discos circum-binários,” disse o astrónomo Ian Czekala da Universidade da Califórnia em Berkeley, EUA. Czekala e a sua equipa usaram dados do ALMA para determinar o grau de alinhamento de dezanove discos proto-planetários em torno de estrelas binárias. “Os dados de alta resolução do ALMA foram críticos para o estudo de alguns dos mais pequenos e ténues discos circum-binários vistos até à data,” disse Czekala.

Os astrónomos compararam os dados do ALMA dos discos circum-binários com a dúzia de planetas tipo-“Tatooine” encontrados pelo telescópio espacial Kepler. Para sua surpresa, a equipa descobriu que o grau de desalinhamento entre as estrelas duplas e os seus discos circum-binários dependem fortemente do período orbital das estrelas hospedeiras. Quanto menor o período orbital da estrela binária, maior a probabilidade de hospedar um disco alinhado com a sua órbita. No entanto, os binários com períodos superiores a um mês geralmente hospedam discos desalinhados.

“Nós vemos uma clara sobreposição entre os discos pequenos, em órbita de binários compactos, e os planetas circum-binários encontrados com a missão Kepler,” disse Czekala. Dado que a missão primária do Kepler durou 4 anos, os astrónomos conseguiram descobrir planetas em torno de estrelas duplas que se orbitam uma à outra em menos de 40 dias. E todos estes planetas estavam alinhados com as suas órbitas estelares. Um mistério persistente era se haveriam muito planetas desalinhados que o Kepler teria dificuldade em encontrar. “Com o nosso estudo, sabemos agora que provavelmente não há uma grande população de planetas desalinhados que o Kepler falhou em descobrir, uma vez que os discos circum-binários em torno de binários compactos estão tipicamente alinhados com os seus hospedeiros estelares,” acrescentou Czekala.

Ainda assim, com base nesta descoberta, os astrónomos concluem que devem existir por aí planetas desalinhados em torno de estrelas duplas e que será uma população excitante de procurar com outros métodos de caça exoplanetária, como imagem directa e micro-lente (a missão Kepler da NASA usou o método de trânsito, que é uma das maneiras de encontrar um planeta).

Czekala agora quer descobrir por que razão existe uma correlação tão forte entre o (des)alinhamento do disco e o período orbital da estrela dupla. “Queremos usar as instalações existentes e futuras, como o ALMA e o VLA (Very Large Array) de próxima geração para estudar estruturas de disco em níveis requintados de precisão,” disse, “e tentar entender como os discos deformados ou inclinados afectam o ambiente de formação planetária e como isto pode influenciar a população de planetas que se formam dentro destes discos.”

“Esta investigação é um óptimo exemplo de como novas descobertas se baseiam em observações anteriores,” disse Joe Pesce, oficial da NSF (National Science Foundation) para o NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e para o ALMA. “O discernimento das tendências na população de discos circum-binários só foi possível com base nos programas observacionais de arquivo realizados pela comunidade do ALMA em ciclos anteriores.”

Astronomia On-line
24 de Março de 2020

 

spacenews

 

Estrela binária V Sagittae vai explodir como uma “nova” muito brilhante no final do século

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Flecha (ou Seta) é uma constelação situada dentro do icónico Triângulo de Verão, definido pelas estrelas Vega (Lira), Deneb (Cisne) e Altair (Águia). Flecha consiste de cinco estrelas que apontam para V Sge.
Crédito: Schaefer et al., 2019, Bob King, Sky & Telescope

Actualmente, a ténue estrela V Sagittae, V Sge, situada na constelação de Flecha (ou Seta), é pouco visível, mesmo através de telescópios de tamanho médio. No entanto, por volta do ano 2083, esta estrela inocente explodirá, tornando-se tão brilhante quanto Sirius, a estrela mais brilhante do céu nocturno. Durante este período de erupção, V Sge será a estrela mais luminosa da Via Láctea. Esta previsão foi apresentada pela primeira vez na 235.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Honolulu, Hawaii, pelos astrónomos Bradley E. Schaefer, Juhan Frank e Manos Chatzopoulos do Departamento de Física e Astronomia da Universidade Estatal do Louisiana, EUA.

“Temos agora uma forte previsão para o futuro de V Sge,” disse o professor Bradley E. Schaefer. “Ao longo das próximas décadas, a estrela aumentará de brilho. Por volta do ano 2083, o seu ritmo de acreção subirá catastroficamente, derramando massa a taxas incrivelmente altas sobre a anã branca. Nos últimos dias desta espiral da morte, toda a massa da estrela companheira cairá sobre a anã branca, criando um vento super-massivo da estrela em fusão, aparecendo tão brilhante quanto Sirius, possivelmente até tão brilhante quanto Vénus.”

V Sge é um sistema estelar pertencente a uma classe grande e diversificada chamada Variáveis Cataclísmicas (CVs, sigla inglesa para “Cataclysmic Variables”), que consiste de uma estrela comum numa órbita binária com uma anã branca, onde a massa da estrela normal está a cair lentamente. As CVs incluem vários tipos de estrelas binárias, geralmente com um comportamento espectacular. V Sge é a mais extrema de todas as CVs, aproximadamente 100 vezes mais luminosa do que todas as outras CVs conhecidas, e está a alimentar um vento estelar massivo, igual aos ventos das estrelas mais massivas antes da sua morte. Estas duas propriedades extremas são provocadas pelo facto de que a estrela normal é 3,9 vezes mais massiva do que a anã branca.

“Em todas as outras CVs conhecidas, a anã branca é mais massiva do que a estrela normal em órbita, de modo que V Sge é totalmente única,” disse Schaefer.

“Anteriormente, os astrónomos que estudavam V Sge perceberam que era um sistema invulgar com propriedades extremas,” disse Frank. “No entanto, ninguém havia percebido que a órbita binária estava a entrar em espiral muito rapidamente.”

Esta constatação veio de medições rotineiras do brilho de V Sge em fotos antigas do céu agora arquivadas no Observatório da Universidade de Harvard, fornecendo uma história detalhada que remonta ao ano de 1890.

Surpreendentemente, V Sge tem vindo a aumentar sistematicamente de brilho por um factor de 10x, 2,5 magnitudes, desde o início da década de 1890 até esta última década. Este comportamento sem precedentes foi confirmado com dados de arquivo recolhidos a partir da base de dados da AAVSO (American Association of Variable Star Observers), dados esses que mostram que o brilho de V Sge subiu quase por um factor de 10x, 2,4 magnitudes, desde 1907 até aos últimos anos.

“V Sge está a ganhar luminosidade exponencialmente com uma escala de tempo duplicada de 89 anos,” disse Frank. “Este brilho só pode resultar de um aumento exponencial de ritmo em termos de acreção de matéria da estrela companheira, em última análise porque a órbita binária está a espiralar rapidamente.”

“Em antecipação deste decaimento rápido da órbita, o destino de V Sge está selado,” afirmou Shaefer. “A física crítica e simples é derivada de V Sge, com a estrela companheira sendo muito mais massiva que a anã branca, de modo que força um aumento exponencial da taxa de transferência. Prevendo as próximas décadas, V Sge vai continuar a espiralar para dentro cada vez mais depressa e ficando cada vez mais brilhante. Inevitavelmente, esta espiral atingirá o clímax, com a maioria do gás estelar na estrela normal caindo para a anã branca, tudo ao longo das últimas semanas e dias. Esta massa em queda libertará uma tremenda quantidade de energia potencial gravitacional, impulsionando um vento estelar nunca antes visto e aumentando a luminosidade do sistema para um pouco inferior à das super-novas aquando do seu pico.”

O pico do brilho deste evento explosivo durará mais de um mês, em que as duas estrelas se fundem numa só. O resultado final da fusão produzirá uma única estrela com um núcleo degenerado de anã branca, uma camada que queima hidrogénio, rodeada por um vasto invólucro de gás, principalmente hidrogénio.

“A partir desta nova informação de escala de tempo duplicada de 89 anos, torna-se possível o cálculo direto da evolução futura de V Sge, usando equações padrão que descrevem os muitos mecanismos físicos envolvidos,” disse Schaefer.

Os cálculos indicam que o evento de fusão irá ocorrer por volta do ano 2083. “A incerteza nesta data é ±16 anos, decorrente principalmente da falta de uma medição perfeita da escala de tempo duplicada devido às grandes oscilações intrínsecas de brilho no registo histórico,” disse Frank. “Portanto, a fusão terá lugar aproximadamente entre 2067 e 2099, provavelmente perto do ponto médio deste intervalo.”

“Assim sendo, V Sge aparecerá incrivelmente brilhante no céu nocturno,” disse Schaefer. “Será substancialmente mais brilhante do que a nova mais brilhante de todos os tempos (magnitude -0,5), há pouco mais de um século, e a última vez que uma ‘estrela convidada’ apareceu mais brilhante foi a Super-nova de Kepler em 1604.”

“Agora, as pessoas de todo o mundo podem saber que poderão ver uma maravilhosa estrela a brilhar tanto quanto as mais estrelas mais brilhantes do céu durante aproximadamente um mês, apontada pela Flecha logo por baixo da constelação de Cisne,” concluiu Schaefer.

Astronomia On-line
4 de Fevereiro de 2020

spacenews

 

2122: Duas estrelas estão a explodir misteriosamente (e os cientistas não sabem porquê)

CIÊNCIA

Casey Reed / NASA

Um sistema estelar localizado a 16 mil anos-luz da Terra está a comportar-se de uma forma estranha – e os cientistas ainda não sabem explicar o que está a acontecer.

A estrela em questão chama-se AG Draconis e é uma estrela binária bem conhecida, que está a ser observada pelos cientistas desde o fim do século XIX. Apesar de estar a ser vigiada há muito tempo, os investigadores não têm a certeza do que é que está por trás da sua mais recente actividade estelar.

Uma estrela binária é, na verdade, um sistema composto por duas estrelas separadas que orbitam em torno uma da outra. Dependendo da proximidade das estrelas unidas num sistema binário e os seus estágios relativos de evolução estelar e actividade, as estrelas binárias tendem a exibir algumas interacções bizarras.

A AG Draconis, que consiste numa estrela gigante fria e um anã branca mais quente, é conhecido por manifestar uma actividade de queima simbiótica que alterna entre uma sequência de dois estágios: ilativo e activo.

A cada nove a 15 anos, a AG Draconis demonstra caracteristicamente uma explosão estelar: uma fase intensa de clareamento, que se repete quase anualmente durante vários anos, antes que o sistema binário fique “adormecido” novamente durante outros vários anos – até o ciclo começar a repetir.

Num novo estudo, conduzido pelo astrofísico Rudolf Gális, da Universidade Pavol Jozef Šafárik, na Eslováquia, e  disponível no ArXiv, os investigadores identificaram 36 destas explosões desde 1932, em pelo menos seis estágios separados de actividade de explosão.

De acordo com a equipa de Gális, a maneira como o sistema binário explode durante esses eventos parece ter mudado recentemente – como se as duas estrelas tivessem decidido repentinamente descartar um fenómeno consistente que tem sido o mesmo ao longo de décadas de observações.

Historicamente, as observações ultravioletas e radiológicas mostraram que AG Draconis manifesta dois tipos diferentes de explosões: as frias, que geralmente aparecem no início dos estágios activos (e em grandes explosões); e os quentes, que ocorrem em menor escala no final do ciclo.

Não se sabe ao certo porque é que essas explosões periódicas realmente acontecem, mas uma hipótese é que as reacções termo-nucleares são acesas quando a taxa de acumulação de material extraído da estrela gigante para a estrela anã “excede algum valor crítico e a luminosidade do componente quente aumenta significativamente”, explicam os cientistas.

Mas agora é diferente. Por alguma razão, em 2015, o AG Draconis marcou o início do seu mais recente estágio activo com uma explosão que se assemelhava ao tipo menor e mais quente de evento, e não a explosão fria que cientistas esperavam ver – e a estrela binária continuou a ter explosões quentes sucessivas em 2016, 2017 e 2018.

Por razões que ninguém entende inteiramente, AG Draconis mudou os padrões antigos das suas fases de explosão activa. “A evolução futura da AG [Draconis] é uma questão em aberto. Podemos esperar uma explosão grande e fria ou menor e mais quente?”.

Segundo a estimativa dos investigadores, o próximo evento de AG Draconis já deveria ter ocorrido, embora os cientistas ainda não tenham tido a possibilidade de escrever novas observações. Quando o fizerem, haverá novas notícias da estrela – que terão ocorrido 15 mil anos antes.

ZAP // Science Alert

Por ZAP
6 Junho, 2019



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