Como duas anãs castanhas ténues se juntaram para brilhar intensamente

As anãs castanhas têm má reputação no mundo estelar, sendo frequentemente rotuladas como "estrelas falhadas" devido à sua incapacidade de sustentar a fusão nuclear nos seus núcleos. A massa destes objetos situa-se entre a dos planetas e a das estrelas, variando entre 13 e 80 vezes a massa de Júpiter. Como não são suficientemente massivas para sustentar a fusão, são muito mais ténues e frias do que as suas congéneres estelares.

Os investigadores identificaram um par muito íntimo de anãs castanhas, denominado ZTF J1239+8347, em que uma está a extrair ativamente matéria da outra, tal como ilustrado nesta representação artística. Em última análise, espera-se que as anãs castanhas se fundam para formar uma nova estrela; alternativamente, a anã castanha que ganhar a massa extra irá inflamar-se para se tornar uma estrela. Seja como for, um par de estrelas falhadas terá criado uma estrela brilhante. Crédito: Caltech/R. Hurt (IPAC)

Agora, uma nova descoberta liderada por investigadores do Caltech mostra como estes corpos pouco luminosos podem unir-se para brilhar intensamente. Ao analisar observações de arquivo captadas pelo ZTF (Zwicky Transient Facility) no Observatório Palomar, os investigadores identificaram um par íntimo de anãs castanhas, no qual uma está ativamente a extrair material da outra.

Em última análise, espera-se que as anãs castanhas se fundam para formar uma nova estrela; alternativamente, a anã castanha que ganha a massa extra irá inflamar-se para se tornar uma estrela. Seja como for, um par de estrelas falhadas terá criado uma estrela brilhante. 

"As estrelas falhadas têm uma segunda oportunidade", afirma Samuel Whitebook, estudante do Caltech e autor principal de um novo estudo acerca das descobertas publicado na revista The Astrophysical Journal Letters. "As anãs castanhas não têm motores internos como as estrelas, mas este resultado mostra que podem apresentar uma física dinâmica muito interessante". 

Whitebook trabalha com dois orientadores: Tom Prince, professor de física, e Dimitri Mawet, professor de astronomia e investigador sénior no JPL da NASA. Tanto Prince como Mawet são coautores do estudo. 

A descoberta é inédita: até agora, este tipo de transferência de massa entre objetos binários só tinha sido observado em objetos muito mais pesados, como as anãs brancas, que são os cadáveres de estrelas como o nosso Sol. 

O par de anãs castanhas, denominado ZTF J1239+8347 (ou ZTF J1239, para abreviar), foi detetado depois de os cientistas terem analisado uma base de dados conhecida como ZVAR, ou ZTF Variability Archive, que é uma coleção de dados de todo o céu recolhidos repetidamente pelo ZTF desde 2017. A base de dados, que contém 2 mil milhões de objetos, revela como esses objetos mudam ao longo do tempo. No caso de ZTF J1239, verificou-se que o objeto mudava significativamente de brilho a cada 57 minutos. 

Uma análise mais aprofundada da fonte revelou que se trata de um par de anãs castanhas pouco luminosas que intimamente se orbitam uma à outra; na verdade, todo o sistema caberia na distância entre a Terra e a Lua. Os objetos, que têm aproximadamente 60 a 80 vezes a massa de Júpiter, encontram-se a cerca de 1000 anos-luz de distância, na direção da constelação da Ursa Maior. 

Os cientistas não têm a certeza de como os dois corpos celestes pouco luminosos se juntaram inicialmente; é possível que uma terceira estrela as tenha aproximado gravitacionalmente a partir de sistemas distintos. Uma vez juntas, as estrelas teriam entrado numa espiral, aproximando-se cada vez mais, até que uma das anãs castanhas aumentou de tamanho devido à influência gravitacional da outra, tornando-se menos densa. 

"Quando a gravidade de uma estrela é superada pela da outra, a matéria começa a fluir da estrela menos densa para a mais densa", diz Whitebook. "É como se a matéria escorresse através de um bocal". 

Este bocal direciona o material de uma anã castanha para um ponto fixo na outra, que então aquece e brilha com luz azul e ultravioleta. A rotação deste ponto quente, à medida que as duas anãs castanhas giram uma à volta da outra, levou à curva de luz periódica observada pelo ZTF. 

Embora se saiba que outros tipos de estrelas transferem massa entre si, esta é a primeira vez que tal acontece no mundo das anãs castanhas. "Estes são objetos muito exóticos", diz Prince. "Conversámos com alguns dos nossos colegas acerca deles, e não acreditaram que tal coisa existisse". 

Como o par recém-descoberto é pouco brilhante e está próximo da Terra, os cientistas estimam que existam muitos outros semelhantes por aí à espera de serem descobertos. 

"Esperamos que o Observatório Vera Rubin [um observatório terrestre no Chile] detete dúzias de outros objetos destes", afirma Whitebook. "Queremos encontrar mais para compreender a população e a sua frequência. Prevemos que isto aconteça com mais frequência do que se pensa".

Outros telescópios que contribuíram para o estudo incluem a missão Gaia da ESA, o Observatório W. M. Keck no Hawaii, o Telescópio Hale de 200 polegadas de Palomar, o WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA, o Telescópio Neil Gehrels Swift da NASA e o GTC (Gran Telescopio Canarias) nas Ilhas Canárias, Espanha. Os investigadores estão a planear futuras observações de ZTF J1239 com o Telescópio Espacial James Webb da NASA.

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