Anãs brancas "famintas": resolvendo o puzzle da poluição metálica

As estrelas mortas, conhecidas como anãs brancas, têm uma massa parecida à do Sol, mas têm um tamanho semelhante ao da Terra. São comuns na nossa Galáxia, uma vez que 97% das estrelas estão destinadas a tornar-se anãs brancas.

Quando as estrelas chegam ao fim das suas vidas, os seus núcleos colapsam na densa bola de uma anã branca, fazendo com que a nossa Galáxia pareça um cemitério etéreo. 

As órbitas de planetesimais em torno de uma anã branca. Inicialmente, cada planetesimal tem uma órbita circular e prógrada. O "pontapé natal" forma um disco excêntrico de detritos com órbitas prógradas (azul) e retrógradas (laranja). Crédito: Steven Burrows/grupo de Madigan 

Apesar da sua prevalência, a composição química destes remanescentes estelares tem permanecido um enigma para os astrónomos durante anos. A presença de elementos metálicos pesados - como o silício, o magnésio e o cálcio - na superfície de muitos destes objetos compactos é uma descoberta intrigante que desafia as nossas expetativas do comportamento estelar.

"Sabemos que se estes metais pesados estiverem presentes na superfície da anã branca, esta é suficientemente densa para que estes metais pesados se afundem rapidamente em direção ao núcleo", explica Tatsuya Akiba, estudante do laboratório JILA na Universidade do Colorado, em Boulder, EUA. "Por isso, não se devem ver metais na superfície de uma anã branca, a menos que ela esteja ativamente a 'comer' alguma coisa".

Embora as anãs brancas possam consumir vários objetos próximos, como cometas ou asteroides (conhecidos como planetesimais), as complexidades deste processo ainda não foram totalmente exploradas. No entanto, este comportamento pode ser a chave para desvendar o mistério da composição metálica de uma anã branca, levando potencialmente a revelações interessantes sobre a dinâmica das anãs brancas.

Nos resultados relatados num novo artigo científico publicado na revista The Astrophysical Journal Letters, Akiba, juntamente com a bolseira do JILA e professora de Ciências Astrofísicas e Planetárias da Universidade do Colorado em Boulder, Ann-Marie Madigan, e a estudante Selah McIntyre, acreditam ter encontrado uma razão para estas zombies estelares 'comerem' os seus planetesimais próximos.

Usando simulações em computador, os investigadores simularam a anã branca a receber um "pontapé natal" durante a sua formação (o que já foi observado), causado por uma perda de massa assimétrica, alterando o seu movimento e a dinâmica de qualquer material circundante.

Em 80% dos seus testes, os investigadores observaram que, a partir deste pontapé, as órbitas dos cometas e asteroides num raio de 30 a 240 UA da anã branca (correspondente à distância Sol-Neptuno e mais além) se tornaram alongadas e alinhadas. Para além disso, cerca de 40% dos planetesimais comidos subsequentemente provêm de órbitas retrógradas. 

Os investigadores também alargaram as suas simulações para examinar a dinâmica da anã branca após 100 milhões de anos. Descobriram que os planetesimais próximos da anã branca continuavam a ter órbitas alongadas e a mover-se como uma unidade coerente, um resultado nunca antes visto.

"Isto é algo que considero único na nossa teoria: podemos explicar porque é que os eventos de acreção são tão duradouros", afirma Madigan. "Ao passo que outros mecanismos podem explicar um evento original de acreção, as nossas simulações com o pontapé mostram porque é que ainda acontece centenas de milhões de anos mais tarde

." Estes resultados explicam porque é que os metais pesados se encontram na superfície de uma anã branca, pois essa anã branca consome continuamente objetos mais pequenos no seu caminho.

É tudo uma questão de gravidade

Uma vez que o grupo de investigação de Madigan no JILA se concentra na dinâmica gravitacional, olhar para a gravidade que rodeia as anãs brancas pareceu ser um foco natural de estudo.

"As simulações ajudam-nos a compreender a dinâmica de diferentes objetos astrofísicos", diz Akiba. "Assim, nesta simulação, lançamos uma série de asteroides e cometas em torno da anã branca, que é significativamente maior, e vemos como a simulação evolui e quais destes asteroides e cometas a anã branca come."

Os investigadores esperam levar as suas simulações a escalas maiores em projetos futuros, analisando a forma como as anãs brancas interagem com planetas maiores.

Akiba explica: "Outros estudos sugeriram que os asteroides e os cometas, os corpos pequenos, podem não ser a única fonte de poluição metálica na superfície das anãs brancas. Por isso, as anãs brancas podem comer algo maior, como um planeta".

Descobrindo mais sobre a formação do Sistema Solar

Estas novas descobertas revelam mais sobre a formação das anãs brancas, o que é importante para compreender como os sistemas solares mudam ao longo de milhões de anos. Ajudam também a esclarecer as origens e a evolução futura do nosso Sistema Solar, revelando mais sobre a química envolvida.

"A grande maioria dos planetas no Universo acabará por orbitar uma anã branca", diz Madigan. "É possível que 50% destes sistemas sejam comidos pela sua estrela, incluindo o nosso próprio Sistema Solar. Agora, temos um mecanismo para explicar porque é que isto acontece".

"Os planetesimais podem dar-nos mais informações sobre outros sistemas solares e sobre composições planetárias para além da nossa região solar", acrescenta McIntyre. "As anãs brancas não são apenas uma lente para o passado. São também uma espécie de lente para o futuro".

Fonte: Astronomia OnLine