Descoberta estrela anã branca do tamanho da Lua

Menor estrela anã branca já encontrada tem as dimensões do nosso satélite natural, mas sua massa é maior que a do Sol

Concepção artística da anã branca descoberta retratada acima da Lua. Na realidade, a anã branca está a 130 anos-luz de distância, na constelação de Aquila. Crédito: Giuseppe Parisi

Astrônomos descobriram a menor e mais massiva anã branca já vista. A cinza fumegante, que se formou quando duas anãs brancas menos massivas se fundiram, é pesada, “acumulando uma massa maior do que a do nosso Sol em um corpo do tamanho da nossa Lua”, disse Ilaria Caiazzo, pesquisadora associada do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech, nos EUA) e principal autora do estudo. “Pode parecer contraintuitivo, mas anãs brancas menores são mais massivas. Isso se deve ao fato de que as anãs brancas não têm a queima nuclear que mantém estrelas normais contra sua própria gravidade, e seu tamanho é regulado pela mecânica quântica.” O trabalho foi publicado na revista Nature

A descoberta foi feita pelo levantamento astronômico Zwicky Transient Facility, ou ZTF, que opera no Observatório Palomar do Caltech. Dois telescópios do Havaí – o Observatório WM Keck em Maunakea, Ilha do Havaí, e o Pan-STARRS do Instituto de Astronomia da Universidade do Havaí em Haleakala, Maui – ajudaram a caracterizar a estrela morta, juntamente com o telescópio Hale em Palomar, o observatório espacial europeu Gaia e o Observatório Neil Gehrels Swift, da Nasa.

Anãs brancas são os restos em colapso de estrelas que já tiveram cerca de oito vezes a massa do nosso Sol ou eram mais leves. Nosso Sol, por exemplo, depois de inchar pela primeira vez em uma gigante vermelha em cerca de 5 bilhões de anos, acabará se desprendendo de suas camadas externas e encolherá em uma anã branca compacta. Cerca de 97% de todas as estrelas tornam-se anãs brancas.

Rota de evolução

Nosso Sol está sozinho no espaço, sem um parceiro estelar, mas muitas estrelas orbitam em torno umas das outras em pares. As estrelas envelhecem juntas e, se ambas tiverem menos de oito massas solares, ambas evoluirão para anãs brancas.

A nova descoberta é um exemplo do que pode acontecer após essa fase. O par de anãs brancas, que se enrolam em espiral, perde energia na forma de ondas gravitacionais e, por fim, se fundem. Se as estrelas mortas têm massa suficiente, elas explodem no que é chamado de supernova do tipo Ia. Mas se estiverem abaixo de um certo limite de massa, eles se combinam em uma nova anã branca que é mais pesada do que qualquer uma das estrelas progenitoras. Esse processo de fusão aumenta o campo magnético daquela estrela e acelera sua rotação em comparação com a das progenitoras.

Os astrônomos dizem que a minúscula anã branca recém-descoberta, chamada ZTF J1901 + 1458, tomou a última rota de evolução. Suas progenitoras se fundiram e produziram uma anã branca com 1,35 vez a massa do nosso Sol. A anã branca tem um campo magnético extremo quase 1 bilhão de vezes mais forte que o do Sol e gira em torno de seu eixo em um ritmo frenético de uma revolução a cada sete minutos (a anã branca mais rápida conhecida, chamada EPIC 228939929, gira a cada 5,3 minutos).

Objeto próximo

“Pegamos um objeto muito interessante que não era suficientemente grande para explodir”, disse Caiazzo. “Estamos realmente investigando quão grande uma anã branca pode ser.”

Caiazzo e seus colaboradores pensam que a anã branca fundida pode ser massiva o suficiente para evoluir para uma estrela morta rica em nêutrons, ou estrela de nêutrons, que normalmente se forma quando uma estrela muito mais massiva do que o Sol explode em uma supernova.

“Isso é altamente especulativo, mas é possível que a anã branca seja massiva o suficiente para se transformar em uma estrela de nêutrons”, disse Caiazzo. “É tão massiva e densa que, em seu núcleo, os elétrons estão sendo capturados por prótons nos núcleos para formar nêutrons. Como a pressão dos elétrons empurra contra a força da gravidade, mantendo a estrela intacta, o núcleo entra em colapso quando um número grande o suficiente de elétrons é removido.”

Se essa hipótese de formação de estrelas de nêutrons estiver correta, pode significar que uma porção significativa de outras estrelas de nêutrons surge dessa maneira. A proximidade do objeto recém-descoberto (cerca de 130 anos-luz de distância) e sua pouca idade (cerca de 100 milhões de anos ou menos) indicam que objetos semelhantes podem ocorrer mais comumente em nossa galáxia.

Magnética e rápida

A anã branca foi avistada pela primeira vez pelo colega de Caiazzo Kevin Burdge, pós-doutorado na Caltech, após pesquisar imagens de todo o céu capturadas pelo ZTF. Essa anã branca em particular, quando analisada em combinação com os dados do Gaia, destacou-se por ser muito massiva e ter uma rotação rápida.

“Ninguém foi sistematicamente capaz de explorar fenômenos astronômicos de curta escala neste tipo de escala até agora. Os resultados desses esforços são impressionantes”, disse Burdge. Em 2019, ele liderou a equipe que descobriu um par de anãs brancas movendo-se em torno uma da outra a cada sete minutos.

A equipe então analisou o espectro da estrela usando o espectrômetro de imagem de baixa resolução (LRIS) do Observatório Keck. Foi quando Caiazzo notou as assinaturas de um campo magnético muito poderoso e percebeu que ela e sua equipe haviam encontrado algo “muito especial, “como ela disse. A força do campo magnético e a velocidade de rotação de sete minutos do objeto indicavam que se tratava do resultado de duas anãs brancas menores se unindo em uma.

Questões a responder

Dados do telescópio Swift, que observa a luz ultravioleta, ajudaram a definir o tamanho e a massa da anã branca. Com um diâmetro de quase 4.300 quilômetros, a ZTF J1901 + 1458 garante o título de menor anã branca conhecida. Ela superou as recordistas anteriores, RE J0317-853 e WD 1832 + 089, cada uma com diâmetro de cerca de 5.000 quilômetros.

No futuro, Caiazzo espera usar o ZTF para encontrar mais anãs brancas como essa e, em geral, estudar a população como um todo. “Há tantas questões a serem respondidas. Qual é a taxa de fusões de anãs brancas na galáxia, e isso é suficiente para explicar o número de supernovas do tipo Ia? Como um campo magnético é gerado nesses eventos poderosos e por que existe tanta diversidade na intensidade do campo magnético entre as anãs brancas? Encontrar uma grande população de anãs brancas nascidas de fusões nos ajudará a responder a todas essas perguntas e muito mais.”

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