UMA ANÃ BRANCA QUE "VIVE NO LIMITE" 2 de julho de 2021
A anã branca ZTF J1901+1458 tem aproximadamente 4300 km de diâmetro, enquanto nossa Lua tem 3475 km de diâmetro. A anã branca está ilustrada acima da Lua nesta impressão de artista; na realidade, a anã branca está localizada a 130 anos-luz de distância na direção da constelação de Águia.
Crédito: Giuseppe Parisi
Os astrónomos descobriram a mais pequena e mais massiva anã branca alguma vez vista. A cinza fumegante, que se formou quando duas anãs brancas menos massivas se fundiram, é pesada, "acumulando uma massa maior do que a do nosso Sol num corpo com aproximadamente o tamanho da nossa Lua," diz Ilaria Caiazzo, do Caltech e autora principal do novo estudo publicado na edição de 1 de julho da revista Nature. "Pode parecer contraintuitivo, mas as anãs brancas mais pequenas são mais massivas. Isto deve-se ao facto de as anãs brancas não possuírem a queima nuclear que contraria a própria gravidade das estrelas normais, e o seu tamanho é regulado pela mecânica quântica."
A descoberta foi feita pelo ZTF (Zwicky Transient Facility), que opera no Observatório Palomar do Caltech; outros dois telescópios no Hawaii - o Observatório W. M. Keck em Maunakea e o Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) do Instituto de Astronomia da Universidade do Hawaii - ajudaram a caracterizar a estrela moribunda, juntamente com o Telescópio Hale de 200 polegadas em Palomar, o observatório espacial Gaia da ESA e o Observatório Neil Gehrels Swift da NASA.
As anãs brancas são os remanescentes colapsados de estrelas que já tiveram cerca de oito vezes a massa do Sol ou menos. O nosso Sol, por exemplo, depois de inchar pela primeira vez numa gigante vermelha daqui a cerca de 5 mil milhões de anos, acabará por desprender as suas camadas externas e encolherá até uma anã branca compacta. Cerca de 97% de todas as estrelas tornam-se anãs brancas.
Apesar do nosso Sol estar sozinho no espaço sem uma parceira estelar, muitas estrelas orbitam em pares. As estrelas envelhecem juntas, e se ambas tiverem menos de oito massas solares, ambas irão evoluir para anãs brancas.
A nova descoberta fornece um exemplo do que pode acontecer após esta fase. O par de anãs brancas, que espiralam uma em direção à outra, perde energia na forma de ondas gravitacionais e, por fim, fundem-se. Se as estrelas moribundas tiverem massa suficiente, explodem no que é chamado de supernova do Tipo Ia. Mas se estiverem abaixo de um determinado limite de massa, combinam-se numa nova anã branca que é mais pesada do que qualquer uma das progenitoras. Este processo de fusão aumenta o campo magnético daquela estrela e acelera a sua rotação em comparação com a das progenitoras.
Os astrónomos dizem que a recém-descoberta anã branca minúscula, de nome ZTF J1901+1458, tomou o segundo percurso de evolução; as suas progenitoras fundiram-se e produziram uma anã branca com 1,35 vezes a massa do nosso Sol. A anã branca tem um campo magnético extremo quase mil milhões de vezes mais forte do que o do nosso Sol e gira em torno de si própria uma vez a cada sete minutos (a anã branca mais rápida conhecida, chamada EPIC 228939929, completa uma rotação a cada 5,3 minutos).
"Encontrámos este objeto muito interessante que não era suficientemente massivo para explodir," diz Caiazzo. "Estamos efetivamente a examinar o quão grande uma anã branca pode ser."
Além do mais, Caiazzo e seus colaboradores pensam que a anã branca fundida pode ser massiva o suficiente para evoluir para uma estrela moribunda rica em neutrões, ou estrela de neutrões, que normalmente se forma quando uma estrela muito mais massiva do que o nosso Sol explode como supernova.
"Isto é altamente especulativo, mas é possível que a anã branca seja massiva o suficiente para se transformar numa estrela de neutrões," diz Caiazzo. "É tão massiva e densa que, no seu núcleo, os eletrões estão a ser capturados pelos protões nos núcleos para formar neutrões. Dado que a pressão dos eletrões empurra contra a força da gravidade, mantendo a estrela intacta, o núcleo entra em colapso quando um número grande o suficiente de eletrões é removido."
Se esta hipótese de formação de estrela de neutrões estiver correta, pode significar que uma porção significativa de outras estrelas de neutrões é formada desta maneira. A proximidade do objeto recém-descoberto (cerca de 130 anos-luz de distância) e a sua tenra idade (100 milhões de anos ou menos) indicam que objetos semelhantes podem ocorrer mais frequentemente na nossa Galáxia.
Magnética e rápida
A anã branca foi avistada pela primeira vez pelo colega de Caiazzo, Kevin Burdge, pós-doutorado no Caltech, depois de analisar imagens de todo o céu capturadas pelo ZTF. Esta anã branca em particular, quando analisada em combinação com os dados do Gaia, destacou-se por ser muito massiva e por ter uma rotação rápida.
"Ninguém tem sido sistematicamente capaz de explorar fenómenos astronómicos de curto período de tempo neste tipo de escala até agora. Os resultados destes esforços são impressionantes," diz Burdge que, em 2019, liderou a equipa que descobriu um par de anãs brancas completando uma órbita uma em torno da outra a cada sete minutos.
A equipa então analisou o espectro da estrela usando o LRIS (Low Resolution Imaging Spectrometer) do Observatório Keck, e foi aí que Caiazzo ficou impressionada com as assinaturas de um campo magnético muito poderoso e percebeu que ela e a sua equipa haviam encontrado algo "muito especial". A força do campo magnético, juntamente com a velocidade de rotação de sete minutos do objeto, indicava que era o resultado de duas anãs brancas mais pequenas que se fundiram para formar uma.
Dados do Swift, que observa no ultravioleta, ajudaram a definir o tamanho e a massa da anã branca. Com um diâmetro de mais ou menos 4300 km, ZTF J1901+1458 garante o título de anã branca mais pequena conhecida, retirando o título às recordistas anteriores, RE J0317-853 e WD 1832+089, cada uma com diâmetros de aproximadamente 5000 km.
No futuro, Caiazzo espera usar o ZTF para encontrar mais anãs brancas como esta e, em geral, estudar a população como um todo. "Há tantas questões a serem respondidas, como por exemplo a taxa de fusões de anãs brancas na Galáxia, e será que esta é suficiente para explicar o número de supernovas do tipo Ia? Como é que um campo magnético é gerado nestes eventos poderosos, e porque é que existe tanta diversidade na intensidade do campo magnético das anãs brancas? A descoberta de uma grande população de anãs brancas nascidas a partir de fusões vai ajudar a responder a todas estas perguntas e a muitas mais."
