Alguns pares estelares "explosivos" são formados com a ajuda de uma terceira estrela

Quando as anãs brancas - os remanescentes quentes de estrelas como o nosso Sol - são orbitadas de perto por outra estrela, por vezes roubam massa à sua companheira. A matéria roubada acumula-se na superfície da anã branca, desencadeando erupções chamadas "novas".

Esta ilustração representa um sistema de três estrelas em que duas delas estão presas numa órbita gravitacional íntima. A estrela brilhante em primeiro plano, à direita, é uma anã branca que está a roubar massa à sua companheira estelar. Eventualmente, esta acumulação de massa na anã branca irá despoletar explosões periódicas. Juntas, as duas estrelas formam um objeto chamado variável cataclísmica. Uma nova investigação realizada pelo Caltech mostrou que uma terceira estrela em sistemas triplos (como a estrela aqui representada em segundo plano), pode influenciar gravitacionalmente as suas estrelas vizinhas e levar à formação de variáveis cataclísmicas. Crédito: Caltech/R. Hurt (IPAC)

Os teóricos há muito que previram como estas parcerias voláteis se formam, chamadas variáveis cataclísmicas (VCs), mas agora um novo estudo revela uma reviravolta surpreendente: nalguns casos, uma terceira estrela, que orbita mais longe do par primário, pode de facto ser a razão pela qual o casal estelar se juntou.

"Os nossos resultados revelam outro canal de formação de VCs", diz Kareem El-Badry, professor assistente de astronomia no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) e coautor de um novo artigo científico publicado na revista Publications of the Astronomical Society of the Pacific. "Por vezes, uma terceira estrela à espreita é fundamental", afirma. O autor principal do estudo é Cheyanne Shariat, estudante do Caltech.

Até agora, os cientistas acreditavam que as VCs se formavam a partir de um processo chamado evolução do invólucro comum, no qual as estrelas parceiras são aproximadas através de um invólucro de gás que as acomoda. Uma estrela envelhecida destinada a tornar-se uma anã branca expande-se numa gigante vermelha que engloba ambas as estrelas, criando um invólucro partilhado. O invólucro encurrala as duas estrelas, fazendo-as espiralar para dentro. Eventualmente, o invólucro é ejetado, deixando um par íntimo que se tornou suficientemente próximo para a anã branca roubar a massa da sua companheira.

Embora uma terceira estrela não tenha sido mencionada nestas descrições, a equipa perguntou-se se poderia estar envolvida. Afinal, raciocinaram, a dinâmica das estrelas triplas desempenha um papel importante noutros tipos de sistemas estelares.

Para aprofundar a questão, os investigadores recorreram aos dados da missão Gaia da ESA, agora aposentada. Ao analisar estas observações, identificaram 50 VCs em sistemas hierárquicos de três estrelas, ou triplos, como os investigadores lhes chamam. Um sistema triplo hierárquico é aquele em que duas estrelas estão localizadas bastante perto uma da outra, enquanto a terceira está muito mais afastada e orbita o par primário. Os resultados sugerem que pelo menos 10 por cento de todas as VCs conhecidas fazem parte de sistemas triplos.

Este valor de 10% era superior ao que seria de esperar se os trios não tivessem qualquer papel na formação das variáveis cataclísmicas, pelo que os investigadores decidiram saber mais através de simulações em computador. Realizaram as chamadas simulações de três corpos em 2000 hipotéticos sistemas triplos; estas simulações aceleraram as interações gravitacionais do trio de estrelas, fazendo-as evoluir ao longo do tempo.

Em 20 por cento das simulações de estrelas triplas, as VCs formaram-se sem o mecanismo tradicional de evolução de invólucro comum. Nestes casos, dizem os investigadores, a terceira estrela influenciou o binário principal.

"A gravidade da terceira estrela faz com que as estrelas binárias tivessem uma órbita superexcêntrica, e isto força a estrela companheira a aproximar-se da anã branca. As forças de maré dissipam a energia e encolhem e circularizam a órbita", diz Shariat. "A estrela não tem de entrar em espiral através do invólucro comum".

Em 60 por cento das simulações, a estrela tripla ajudou a iniciar o processo de evolução do invólucro comum, aproximando as duas estrelas primárias o suficiente uma da outra para serem envolvidas no mesmo invólucro. Nos restantes 20 por cento das simulações, as VCs formaram-se através da via tradicional de evolução do invólucro comum, que requer apenas duas estrelas.

Quando os investigadores tiveram em conta uma população realista de estrelas na nossa Galáxia, incluindo VCs que se sabe terem sido formadas a partir de apenas duas estrelas, os seus modelos teóricos previram que cerca de 40% de todas as variáveis cataclísmicas se formam em sistemas triplos. Este valor é mais elevado do que os 10% que observaram usando o Gaia porque, em muitos casos, as terceiras estrelas podem ser difíceis de ver ou ter-se desvinculado da VC.

Finalmente, os resultados das simulações permitiram fazer previsões acerca dos tipos de sistemas estelares triplos que teriam maior probabilidade de formar VCs. Especificamente, seria de esperar que os sistemas triplos começassem com configurações mais largas, de tal forma que o par unido e a terceira estrela estivessem separados por mais de 100 unidades astronómicas (uma unidade astronómica, ou UA, é a distância entre o Sol e a Terra).

Olhando para os dados do Gaia, os investigadores chegaram a acordo: as estrelas triplas com VCs apresentavam, de facto, separações mais amplas do que os sistemas típicos.

"Durante os últimos 50 anos, as pessoas usaram o modelo de evolução da espiral em invólucro comum para explicar a formação das VCs", diz El-Badry. "Ninguém tinha reparado antes que isto estava a acontecer em grande parte nos sistemas triplos!"

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