Astrônomos descobrem anã branca que queima hélio

Uma estrela anã branca pode explodir como uma supernova quando sua massa excede o limite de cerca de 1,4 massas solares. Uma equipe liderada pelo Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) em Garching e envolvendo a Universidade de Bonn encontrou um sistema estelar binário no qual a matéria flui para a anã branca de sua companheira.

Impressão artística de uma fonte de raios-X supermacia: o disco de acreção em torno de uma estrela anã branca é feito principalmente de hélio. Crédito: F. Bodensteiner/imagem de fundo ESO 

O sistema foi encontrado devido aos chamados raios-X supermacios, que se originam na fusão nuclear do gás transbordado perto da superfície da anã branca. A coisa incomum sobre esta fonte é que é hélio e não hidrogênio que transborda e queima. A luminosidade medida sugere que a massa da anã branca está crescendo mais lentamente do que se pensava ser possível, o que pode ajudar a entender o número de supernovas causadas pela explosão de anãs brancas. Os resultados foram publicados na revista Nature. 

As anãs brancas explosivas não são apenas consideradas a principal fonte de ferro no universo, elas também são uma ferramenta importante para a cosmologia. Como as chamadas supernovas do Tipo Ia (SN Ia), todas elas se tornam aproximadamente igualmente brilhantes, permitindo à astrofísica uma determinação precisa da distância de suas galáxias hospedeiras. 

No entanto, mesmo depois de muitos anos de pesquisa intensiva, ainda não está claro em que circunstâncias a massa de uma anã branca pode crescer até o chamado limite de Chandrasekhar. Este é o limite superior teórico para a massa de uma anã branca, derivado em 1930 pelo astrofísico indiano-americano e ganhador do Prêmio Nobel Subrahmanyan Chandrasekhar. 

No início da década de 1990, fontes de raios-X super-moles com queima estável de hidrogênio em suas superfícies foram estabelecidas como uma nova classe de objetos com ROSAT, e por um tempo esses foram considerados potenciais candidatos para progenitores SN Ia. O problema com essas fontes, no entanto, é sua abundância de hidrogênio: as supernovas do tipo Ia não mostram vestígios de hidrogênio. 

Por mais de 30 anos, sistemas estelares duplos foram previstos, nos quais uma anã branca se acumula e queima hélio de forma estável em sua superfície, mas tais fontes nunca foram observadas. Uma equipe internacional liderada pelo Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) encontrou uma fonte de raios-X cujo espectro óptico é completamente dominado pelo hélio. 

"A fonte de raios-X super-macia [HP99] 159 é conhecida desde a década de 1990, quando foi observada pela primeira vez com ROSAT, mais recentemente com XMM-Newton e agora com eROSITA", explica Jochen Greiner, que lidera a análise desta fonte no MPE. "Agora, fomos capazes de identificá-lo como uma fonte óptica na Grande Nuvem de Magalhães. Em seu espectro, encontramos principalmente linhas de emissão de hélio originárias do disco de acreção."

No entanto, isso não resolve o problema dos progenitores SN Ia: modelos teóricos preveem que cerca de 2-5% da matéria da estrela companheira de hélio será levada pela explosão SN Ia e ejetada para o ambiente. No entanto, esta quantidade de hélio não foi encontrada na maioria das supernovas Ia observadas até à data. Há, no entanto, uma subclasse com menor luminosidade, o SN Iax, no qual a explosão é mais fraca e, portanto, menos hélio é soprado. 

O sistema agora descoberto [HP99] 159 poderia acabar em tal SN Iax de acordo com o conhecimento atual, uma vez que as medições aqui indicam que a queima contínua de hélio em anãs brancas é possível mesmo a taxas de acreção mais baixas do que o teoricamente previsto. A luminosidade medida de [HP99] 159 é cerca de dez vezes menor do que o esperado à taxa canônica, enquanto, ao mesmo tempo, a temperatura de raios-X medida está exatamente na faixa esperada para a queima estável de hélio. 

"O brilho observado de raios-X sugere que a queima do hélio que flui na anã branca é estabilizada por sua rápida rotação, tornando provável uma explosão final de supernova do sistema", diz o Prof. Dr. Norbert Langer, do Instituto Argelander de Astronomia, que também é membro da Área de Pesquisa Transdisciplinar da Matéria da Universidade de Bonn. 

Uma vez que medições anteriores indicam que a luminosidade permaneceu a mesma por cerca de 50 anos, uma ampla gama de taxas de acreção que levam a explosões deve ser possível. 

"Estrelas sem envelopes de hidrogénio, como a estrela companheira encontrada em [HP99] 159, são um importante passo intermédio no ciclo de vida das estrelas binárias que deve ocorrer em cerca de 30% desses sistemas," diz Julia Bodensteiner, do ESO, que estuda estrelas massivas desde a sua tese de mestrado no MPE. "Deveria haver muitas dessas estrelas; mas apenas alguns foram observados até agora." 

A equipe agora espera encontrar dezenas de fontes semelhantes nas duas Nuvens de Magalhães com o eROSITA. Tal deverá permitir-lhes restringir ainda mais as condições aplicáveis aos progenitores SN Ia.

Fonte: phys.org