A maior parte das estrelas no nosso Universo são formadas aos pares. O nosso Sol é solitário, mas muitas estrelas como o nosso Sol orbitam estrelas parecidas, enquanto uma série de outros pares exóticos “apimentam” o Universo.
Os buracos negros, por exemplo, são por vezes encontrados a orbitarem-se uns aos outros. Um emparelhamento que se tem revelado bastante raro é o de uma estrela semelhante ao Sol com um tipo de estrela morta chamada estrela de neutrões.
Agora, astrónomos liderados por Kareem El-Badry, do Caltech , descobriram o que parecem ser 21 estrelas de neutrões a orbitar em sistemas binários com estrelas como o nosso Sol.
As estrelas de neutrões são núcleos densos e “queimados” de estrelas massivas que explodiram. Por si só, são extremamente ténues e normalmente não podem ser detetadas diretamente. São mais massivas do que as estrelas semelhantes ao Sol, mas os dois objetos orbitam-se mutuamente em torno de um centro de massa comum.
À medida que as estrelas de neutrões orbitam, puxam pelas estrelas semelhantes ao Sol, fazendo com que as suas companheiras se desloquem para trás e para a frente no céu.
Usando a missão Gaia, da agência espacial europeia, ESA, os astrónomos conseguiram captar estas oscilações reveladoras de uma nova população de estrelas de neutrões “escuras”.
“O Gaia está continuamente a analisar o céu e a medir as oscilações de mais de mil milhões de estrelas, pelo que há boas probabilidades de encontrar objetos muito raros”, afirma El-Badry, professor assistente de astronomia no Caltech e cientista adjunto no Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha.
O novo estudo, que inclui uma equipa de coautores de todo o mundo, foi publicado na revista The Open Journal for Astrophysics.
Dados de vários telescópios terrestres, incluindo o Observatório W. M. Keck em Maunakea, Hawaii; o Observatório La Silla no Chile; e o Observatório Whipple no estado norte-americano do Arizona, foram usados para acompanhar as observações do Gaia e aprender mais sobre as massas e órbitas das estrelas de neutrões escondidas.
Embora estrelas de neutrões já tenham sido detetadas anteriormente em órbita de estrelas como o nosso Sol, esses sistemas eram todos mais compactos.
Com pouca distância a separar os dois corpos, uma estrela de neutrões (que é mais massiva do que uma estrela semelhante ao Sol) pode roubar massa à sua parceira. Este processo de transferência de massa faz com que a estrela de neutrões brilhe intensamente em comprimentos de onda de raios X ou rádio.
Em contraste, as estrelas de neutrões no novo estudo estão muito mais longe das suas companheiras – na ordem de uma a três vezes a distância entre a Terra e o Sol.
Caltech/Kareem El-Badry
Os astrónomos descobriram 21 estrelas como o nosso Sol em órbita de estrelas de neutrões – remanescentes massivos e compactos de estrelas que explodiram anteriormente. As estrelas de neutrões escondidas foram descobertas apenas através dos seus efeitos gravitacionais. Embora as estrelas de neutrões sejam mais massivas do que as estrelas semelhantes ao Sol, os dois objetos orbitam-se mutuamente em torno de um centro de massa comum. À medida que as estrelas de neutrões orbitam, puxam pelas estrelas semelhantes ao Sol, fazendo-as oscilar. A missão Gaia da ESA detetou esta oscilação ao observar as órbitas das estrelas semelhantes ao Sol (pontos amarelos) durante um período de três anos. Nesta animação, as estrelas semelhantes ao Sol estão a verde e as estrelas de neutrões (e as suas órbitas) a roxo.
Isto significa que os recém-descobertos “cadáveres” estelares estão demasiado longe das suas parceiras para lhes estarem a roubar material. Em vez disso, estão adormecidos e escuros. “Estas são as primeiras estrelas de neutrões descobertas apenas devido aos seus efeitos gravitacionais“, afirma El-Badry.
A descoberta é algo surpreendente porque não é claro como é que uma estrela que explodiu acaba ao lado de uma estrela como o nosso Sol.
“Ainda não temos um modelo completo de como estes binários se formam”, explica El-Badry. “Em princípio, a progenitora da estrela de neutrões deveria ter-se tornado enorme e interagido com a estrela do tipo solar durante a sua evolução tardia.”
A enorme estrela teria colidido com a pequena estrela, provavelmente engolindo-a temporariamente. Mais tarde, a estrela de neutrões progenitora teria explodido como supernova, o que, de acordo com os modelos, deveria ter desvinculado os sistemas binários, fazendo com que as estrelas de neutrões e as estrelas do tipo do Sol se afastassem em direções opostas.
“A descoberta destes novos sistemas mostra que pelo menos alguns binários sobrevivem a estes processos cataclísmicos, embora os modelos ainda não consigam explicar totalmente como”, afirma.
O Gaia conseguiu encontrar as improváveis companheiras devido às suas órbitas largas e longos períodos (as estrelas semelhantes ao Sol orbitam em torno das estrelas de neutrões com períodos de seis meses a três anos).
“Se os corpos estiverem demasiado próximos, a oscilação será demasiado pequena para ser detetada”, diz El-Badry. “Com o Gaia, somos mais sensíveis às órbitas mais largas”.
O Gaia é também mais sensível aos binários que estão relativamente próximos. A maior parte dos sistemas recentemente descobertos situam-se a menos de 3000 anos-luz da Terra – uma distância relativamente pequena quando comparada, por exemplo, com os 100.000 anos-luz de diâmetro da Via Láctea.
As novas observações também sugerem quão raros são os pares. “Estimamos que cerca de uma em cada milhão de estrelas do tipo solar orbita uma estrela de neutrões numa órbita larga”, disse.
El-Badry também tem interesse em encontrar buracos negros adormecidos e invisíveis em órbita de estrelas semelhantes ao Sol. Usando os dados do Gaia, encontrou dois destes buracos negros silenciosos escondidos na nossa Galáxia. Um deles, chamado Gaia BH1, é o buraco negro mais próximo da Terra, a 1600 anos-luz de distância.
“Também não sabemos ao certo como é que estes binários com buracos negros se formaram”, diz El-Badry. “Existem claramente lacunas nos nossos modelos da evolução de estrelas binárias. Encontrar mais destas companheiras escuras e comparar as suas estatísticas populacionais com as previsões de diferentes modelos ajudar-nos-á a perceber como se formam.”
// CCVAlg
