Encontradas duas estrelas “mortas” que se orbitam em minutos

Impressão de artista de um par de anãs brancas, de nome ZTF J1530+5027. Este par “eclipsante” de anãs brancas orbita-se uma à outra a cada sete minutos: quando a estrela maior e mais fria passa em frente, ou eclipsa, a estrela mais pequena e quente, a luz da estrela mais pequena é bloqueada. Para os astrónomos que observam o sistema, o par parece ter desaparecido durante aproximadamente 30 segundos durante a fase eclipsante da sua órbita.
Crédito: Caltech/IPAC/R. Hurt

Duas estrelas mortas foram vistas a orbitar-se uma à outra a cada sete minutos. A descoberta celeste rara foi feita usando o ZTF (Zwicky Transient Facility) do Caltech, um levantamento do céu topo-de-gama no Observatório Palomar que varre rapidamente o céu nocturno à procura de qualquer coisa que se mova, pisque ou varie de brilho.

O novo duo dinâmico, oficialmente conhecido como ZTF J1539+5027, é o segundo par mais rápido de estrelas mortas que se orbitam, de nome anãs brancas, encontrado até hoje. O par é também o mais rápido “sistema binário eclipsante”, o que significa que uma anã branca cruza repetidamente em frente da outra a partir do nosso ponto de vista. A natureza eclipsante das companheiras estelares é fundamental porque permite que os astrónomos aprendam os tamanhos, as massas e os períodos orbitais das estrelas.

Cada uma das recém-descobertas anãs brancas tem aproximadamente o tamanho da Terra, uma sendo um pouco menor e mais brilhante que a outra, e juntas têm uma massa equivalente à do nosso Sol. Os dois objectos orbitam muito próximos um do outro, a um-quinto da distância entre a Terra e a Lua; na verdade, as estrelas em órbita cabiam dentro do planeta Saturno. E completam uma volta em torno da outra a cada sete minutos a velocidades de centenas de quilómetros por segundo.

“À medida que a estrela mais fraca passa em frente da mais brilhante, bloqueia a maior parte da luz, resultando no padrão cintilante de sete minutos que vemos nos dado do ZTF,” disse o estudante Kevin Burdge do Caltech, autor principal de um novo estudo sobre as estrelas publicado na edição de 25 de Julho da revista Nature. “A matéria está a preparar-se para sair da anã branca, maior e mais leve, para a anã mais pequena e mais pesada, que acabará por absorver completamente a sua companheira mais leve. Já vimos muitos exemplos de um tipo de sistema em que uma anã branca foi canibalizada pela sua companheira, mas raramente avistamos sistemas onde ainda se estão a fundir, como neste.”

O par também é único por ser uma das poucas fontes conhecidas de ondas gravitacionais – ondulações no espaço e no tempo – que serão captadas pela futura missão espacial europeia LISA (Laser Interferometer Space Antenna), que deverá ser lançada em 2034. LISA será semelhante ao LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) do NSF, que fez história em 2015 ao fazer a primeira detecção directa de ondas gravitacionais de um par de buracos negros em colisão. Mas o LISA detectará as ondas, no espaço, em frequências mais baixas.

“Estas duas anãs brancas estão a fundir-se porque estão a emitir ondas gravitacionais. Uma semana depois do LISA ficar activo, deverá detectar as ondas gravitacionais deste sistema,” diz o co-autor Tom Prince, professor de física no Caltech e investigador sénior do JPL. “O LISA encontrará dezenas de milhares de sistemas binários como este na nossa Galáxia, mas até agora só conhecemos alguns. E este sistema binário de anãs brancas é um dos mais bem caracterizados devido à sua natureza eclipsante.”

Um rápido piscar no céu nocturno

O objecto raro foi detectado pela grande câmara de 576 megapixéis do ZTF, que varre rapidamente todo o céu a cada três noites e a maior parte do plano da Via Láctea todas as noites. Burdge encontrou ZTF J1539+5027 executando um programa de computador que rastreou 10 milhões de objectos cósmicos, procurando mudanças durante um período de três meses. Assim que encontrou objectos candidatos com o ZTF, Burdge usou o NOAO (National Optical Astronomy Observatory) em Kitt Peak para acompanhar e encontrar os candidatos mais promissores.

“Este par destacou-se porque o sinal repete-se com muita frequência e de maneira tão previsível,” disse Burdge, membro da equipa do ZTF no Caltech. “Antes, não conseguíamos procurar objectos que mudam sistematicamente em escalas de tempo de minutos. O ZTF permite-nos fazer isso porque a sua câmara é enorme e porque pode facilmente tirar fotos do céu e depois voltar e repetir.” Observações posteriores com o Telescópio Hale de 200 polegadas, no Observatório Palomar, ajudaram a refinar as medições do novo sistema.

“Apenas alguns meses depois de ficar activo, os astrónomos do ZTF detectaram anãs brancas que se orbitam umas às outras num ritmo recorde,” disse Anne Kinney, directora assistente de ciências matemáticas e físicas do NSF. “É uma descoberta que melhorará em muito a nossa compreensão desses sistemas e é uma amostra das surpresas que ainda estão por vir.”

Um par emaranhado

As anãs brancas começam as suas vidas como estrelas como o nosso Sol, excepto que estavam unidas como um par íntimo. À medida que as estrelas envelheceram, transformaram-se em gigantes vermelhas, embora não ao mesmo tempo. Com o tempo, as estrelas inchadas soltaram as suas camadas externas, deixando para trás duas estrelas mortas – as anãs brancas.

“Às vezes estas anãs brancas binárias fundem-se numa única estrela, e outras vezes a órbita aumenta à medida que a anã branca mais leve é gradualmente destruída pela mais massiva,” explicou o co-autor James (Jim) Fuller, professor assistente de astrofísica teórica no Caltech. “Não temos certeza do que acontecerá neste caso, mas a descoberta de mais sistemas deste tipo dir-nos-á com que frequência estas estrelas sobrevivem aos seus encontros imediatos.”

Outro mistério que os investigadores esperam responder no futuro envolve a temperatura da anã branca mais quente, estimada em 50.000º C, ou nove vezes mais quente do que o Sol. Pensa-se que esta anã branca seja tão quente porque está a começar a “alimentar-se” da sua companheira e a puxar material, um processo que aquece este material a temperaturas escaldantes. Mas esta alimentação, ou processo de “acreção”, é geralmente associado a raios-X, e os investigadores não estão a detectá-los.

“É estranho que não estejamos a ver raios-X neste sistema. Uma possibilidade é que os pontos de acreção na anã branca – as áreas para onde o material está a cair – sejam maiores do que o normal, e isso poderá resultar na emissão de luz ultravioleta e visível em vez de raios-X,” acrescentou Burdge.

A equipa diz que a anã branca dupla, localizada a quase 8000 anos-luz de distância na direcção da constelação de Boieiro, deverá continuar a piscar no céu nocturno por aproximadamente cem mil anos. Os astrónomos amadores até poderão observar o par como um único ponto no céu, piscando a cada sete minutos, com a ajuda de um telescópio com pelo menos um metro de tamanho.

Astronomia On-line
30 de Julho de 2019

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