Sistema Estelar Super-Raro É um Acidente Cósmico Gigante Esperando Para Acontecer

Pela primeira vez, os astrônomos identificaram positivamente um sistema binário que está destinado a um dia acabar como uma quilonova – o resultado explosivo de uma colisão de estrelas de nêutrons.

Impressão artística do sistema binário CPD-29 2176, com uma grande estrela azul Be e uma pequena estrela de nêutrons bitty. (CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani)

E, ironicamente, o ingrediente-chave para esse eventual destino é um par de supernovas fracassadas e fracassadas. Acredita-se que esse fenômeno seja tão raro que existam apenas cerca de 10 desses sistemas binários em toda a Via Láctea. Um estudo mais detalhado desse sistema deve ajudar os cientistas a entender como esses eventos insanos evoluem.

"Por algum tempo, os astrônomos especularam sobre as condições exatas que poderiam eventualmente levar a uma quilonova", diz o astrônomo André-Nicolas Chené, do NOIRLab.

"Esses novos resultados demonstram que, em pelo menos alguns casos, duas estrelas de nêutrons irmãs podem se fundir quando uma delas foi criada sem uma explosão clássica de supernova."

Colisões de estrelas de nêutrons são raras, mas desempenham um papel importante na semeadura do Universo com elementos pesados, como ouro, platina e urânio. Esses elementos não podem ser criados dentro de núcleos estelares; a energia necessária para a nucleossíntese estelar de elementos mais pesados que o ferro é maior do que a energia que esta nucleossíntese produz, resultando em um fim confuso para a estrela.

Em vez disso, esses elementos são formados em eventos energéticos, como quilonovas: temos evidências disso da GW170817, a colisão histórica de estrelas de nêutrons observada por telescópios em todo o mundo. Mas esses eventos são raros e, portanto, bastante misteriosos. Vimos apenas algumas poucas fusões de estrelas de nêutrons, e nunca antes encontramos um sistema destinado a se tornar um.

Entre em um sistema binário chamado CPD-29 2176, que consiste em uma estrela de nêutrons e um tipo de estrela azul massiva chamada estrela Be, localizada a cerca de 11.400 anos-luz da Terra. As estrelas Be têm características em sua luz que indicam a presença de material ao seu redor na forma de um disco.

Eles muitas vezes também aparecem em sistemas binários com estrelas de nêutrons, emitindo raios-X à medida que a estrela de nêutrons passa pelo disco ao redor da estrela Be.

Quando um flash de raios-X brilhante foi observado da mesma parte do céu que a estrela Be no CPD-29 2176, os astrônomos Noel Richardson e Clarissa Pavao da Embry-Riddle Aeronautical University deram uma olhada mais de perto, identificando uma porção de luz não emitida pela estrela Be. Essa era a estrela de nêutrons.

Eles também foram capazes de calcular a órbita do binário. E foi aí que as coisas ficaram interessantes. Porque essa órbita era extraordinariamente circular, em oposição às órbitas mais elípticas geralmente vistas em tais binários.

Esta foi a arma fumegante que levou os pesquisadores a concluir que a estrela de nêutrons nasceu em uma supernova "dud" – também conhecida como supernova ultra-despojada. 

Normalmente, quando uma estrela massiva se torna supernova, ela explode seu material externo em uma explosão espetacular, enquanto o núcleo restante colapsa em uma estrela de nêutrons - um objeto ultradenso com cerca de 2,4 vezes a massa do Sol, embalado em uma esfera de apenas 20 quilômetros (12 milhas) de diâmetro.

Em uma supernova ultra-despojada, não há material externo suficiente para ser explodido no espaço. Em vez disso, o núcleo entra em colapso com pouco alarde. Este parece ter sido o caso do CPD-29 2176.

"A estrela estava tão esgotada que a explosão nem sequer tinha energia suficiente para chutar a órbita para a forma elíptica mais típica vista em binários semelhantes", diz Richardson.

Então, para onde foi todo esse material? Quando a estrela de nêutrons chegou ao fim de sua vida, ela ficou inchada, colocando seu envelope externo dentro do alcance gravitacional da estrela Be, o que a arrastou para cima. No momento em que a estrela entrou em colapso em uma estrela de nêutrons, ela havia sido despojada, privando-a do material que, de outra forma, teria gerado fogos de artifício de supernova.

Eventualmente, a estrela Be também terminará sua vida como uma estrela de nêutrons, resultando em uma binária de estrela de nêutrons na órbita em decomposição que um dia produzirá uma colisão de estrelas de nêutrons, as duas se fundindo para produzir uma estrela de nêutrons maior ou um buraco negro.

"A estrela de nêutrons atual teria que se formar sem ejetar sua companheira do sistema. Uma supernova ultra-despojada é a melhor explicação para o porquê dessas estrelas companheiras estarem em uma órbita tão apertada", diz Richardson.

"Para um dia criar uma quilonova, a outra estrela também precisaria explodir como uma supernova ultra-despojada para que as duas estrelas de nêutrons pudessem eventualmente colidir e se fundir."

Esse dia está muito longe, no entanto. A estrela Be ainda tem pelo menos um milhão de anos antes de sua inevitável transformação. E a lenta inspiração para a eventual fusão poderia levar milhões a mais. Mas, com a identificação do CPD-29 2176, os astrônomos têm uma nova peça do quebra-cabeça, e uma que pode ajudar a identificar outros sistemas desse tipo entre os bilhões de estrelas da Via Láctea.

"Este sistema revela que algumas estrelas de nêutrons são formadas com apenas um pequeno chute de supernova", diz Richardson.

"À medida que entendemos a crescente população de sistemas como o CPD-29 2176, obteremos informações sobre o quão calmas algumas mortes estelares podem ser e se essas estrelas podem morrer sem supernovas tradicionais."

A pesquisa foi publicada na Nature.

Fonte: sciencealert.com