Descoberta de pulsar de anã branca lança luz sobre evolução estelar

A descoberta de um tipo raro de sistema estelar em dois estudos independentes da Universidade de Warwick e do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (AIP) fornece novos insights sobre as previsões do modelo de dínamo para a evolução estelar. 

O novo pulsar de anã branca, um sistema binário extremamente próximo de uma estrela anã branca e uma estrela anã vermelha que, juntas, caberiam dentro do Sol, é apenas o segundo conhecido de seu tipo.

Impressão artística de um pulsar de anã branca. Neste sistema estelar binário, uma anã branca girando rapidamente (direita) acelera elétrons até quase a velocidade da luz. Essas partículas de alta energia produzem explosões de radiação que atingem a estrela anã vermelha que a acompanha (à esquerda), fazendo com que todo o sistema pulse do rádio para a faixa de raios-X. Crédito: M. Garlick/Universidade de Warwick/ESO

Anãs brancas são remanescentes estelares extremamente densos com a massa do nosso Sol, mas o tamanho pequeno do nosso planeta Terra. Eles são formados quando uma estrela de baixa massa queimou todo o seu combustível, perde suas camadas externas e seu interior se contrai fortemente. Eles também são chamados de "fósseis estelares" e oferecem insights sobre vários aspectos da evolução estelar. 

Os pulsares, por outro lado, são conhecidos desde a década de 1960 e mais de 3000 foram encontrados. Eles são estrelas de nêutrons fortemente magnéticas em rápida rotação, nas quais partículas carregadas são arrancadas da superfície por campos elétricos ultrafortes e, em seguida, aceleradas até quase a velocidade da luz. Como resultado, eles emitem radiação, ou seja, luz, no rádio para a faixa de raios X ou mesmo gama. Devido à rápida rotação das estrelas, pulsos curtos de radiação chegam à Terra, razão pelo qual seu nome – pulsar. 

Para grande surpresa da comunidade científica, o fenômeno pulsar foi observado pela primeira vez em uma anã branca em 2016. A surpresa estava no fato de que nesta estrela, AR Scorpii, nem a rotação extremamente rápida nem os fortes campos elétricos dos pulsares reais estavam presentes. 

A estrela anã branca, no entanto, foi encontrada em um sistema binário muito próximo e foi abastecida com partículas por sua vizinha imediata, uma estrela anã vermelha semelhante ao Sol, por injeção em seu campo magnético. Isso inflama o fenômeno pulsar do lado de fora e irradia a estrela companheira vermelha como se estivesse com um estroboscópio, fazendo com que todo o sistema se torne dramaticamente mais brilhante e fraco em intervalos regulares. As duas estrelas, a anã branca e a anã vermelha, estão tão próximas umas das outras que caberiam dentro do nosso Sol. 

O fator decisivo é a presença de um forte campo magnético, cuja causa, no entanto, os astrofísicos não sabem. Uma teoria-chave que explica os campos magnéticos fortes é o "modelo dínamo", que diz que as anãs brancas têm dínamos, geradores elétricos, em seu núcleo, assim como a Terra, só que muito mais fortes. Mas para testar essa teoria, os pesquisadores tiveram que procurar outros pulsares de anãs brancas para ver se suas previsões estavam corretas. 

Em dois novos estudos publicados em paralelo na Nature Astronomy and Astronomy & Astrophysics, uma equipe internacional com participação da AIP descreve o pulsar de anã branca recém-descoberto J1912-4410 (eRASSU J191213.9-441044). Ele está a 773 anos-luz de distância da Terra e gira uma vez em seu próprio eixo em cinco minutos, 300 vezes mais rápido que nosso planeta. 

O pulsar da anã branca tem um tamanho semelhante ao da Terra, mas uma massa pelo menos tão grande quanto a do Sol. Isso significa que uma colher de chá de anã branca pesaria cerca de 15 toneladas. As anãs brancas começam a vida a temperaturas extremamente altas antes de esfriar ao longo de bilhões de anos. A baixa temperatura do J1912-4410 indica que ele é muito antigo. 

O estudo confirma que há mais pulsares de anãs brancas, como previsto por modelos anteriores. Houve outras previsões do modelo de dínamo que foram confirmadas pela descoberta de J1912-4410. Por causa de sua grande idade, as anãs brancas no sistema pulsar devem ser frias. Seus companheiros deveriam estar perto o suficiente para que a atração gravitacional da anã branca no passado fosse forte o suficiente para extrair massa da companheira, fazendo com que eles girassem rapidamente. 

Todas essas suposições valem para o pulsar recém-descoberto: a anã branca é mais fria do que 13.000 Kelvin, tem uma alta frequência de rotação de cerca de cinco minutos e a atração gravitacional da anã branca tem um forte efeito sobre a companheira. 

Uma equipe usou dados do Gaia e do WISE para encontrar candidatos, concentrando-se naqueles com propriedades semelhantes ao AR Scorpii. Depois de observar algumas dezenas de candidatos, eles encontraram um com variações de luz muito semelhantes. Uma observação de acompanhamento com outros telescópios revelou que este sistema envia um sinal de rádio e raios-X para a Terra a cada cinco minutos. 

Outra equipe usou dados do telescópio de raios X eROSITA no satélite Spectrum-X-Gamma para encontrar pares próximos de anãs brancas/anãs vermelhas. Ambas as equipes uniram forças para investigar melhor sua nova descoberta. 

"Estamos muito satisfeitos por ter encontrado o objeto na pesquisa de raios-X realizada com SRG/eROSITA", observa o Dr. Axel Schwope, chefe do grupo de astronomia de raios X da AIP e primeiro autor do estudo publicado na Astronomy & Astrophysics.

"A pesquisa de acompanhamento com o satélite XMM-Newton da ESA mostrou as pulsações na região de raios-X de alta energia, a última evidência que faltava para identificar o objeto como um pulsar de anã branca. Isso confirmou a natureza incomum do novo objeto e estabeleceu os pulsares de anãs brancas como uma nova classe, embora atualmente com apenas dois membros." 

A Dra. Ingrid Pesili, do Departamento de Física da Universidade de Warwick e primeira autora do estudo da Nature Astronomy, acrescenta: "A origem dos campos magnéticos é uma grande questão em aberto em muitos campos da astronomia, e isso é particularmente verdadeiro para estrelas anãs brancas. Os campos magnéticos em anãs brancas podem ser mais de um milhão de vezes mais fortes do que o campo magnético do Sol, e o modelo de dínamo ajuda a explicar o porquê. A descoberta do J1912-4410 proporcionou um passo crítico neste campo." 

Fonte: aip.de