De acordo com um novo estudo por investigadores da UCL (University College London) e da Universidade de Potsdam, duas estrelas massivas que se tocam vão eventualmente acabar por chocar, gerando ondas no tecido do espaço-tempo.

O estudo, aceite para publicação na revista Astronomy & Astrophysics, analisou um sistema binário (duas estrelas que se orbitam uma à outra em torno de um centro de gravidade mútuo), analisando a luz das estrelas obtida a partir de uma série de telescópios terrestres e espaciais.

Os investigadores descobriram que as estrelas, localizadas na Pequena Nuvem de Magalhães, estão em contacto parcial e trocam material entre si, com uma estrela atualmente a "alimentar-se" da outra. Completam uma órbita uma em torno da outra a cada três dias e são as estrelas mais massivas que se tocam (conhecidas como binários de contacto) até agora observadas.

Comparando os resultados das suas observações com modelos teóricos da evolução de estrelas binárias, descobriram que, no modelo mais adequado, a estrela que está a ser devorada transformar-se-á num buraco negro e este alimentar-se-á da estrela companheira. A estrela sobrevivente irá tornar-se um buraco negro pouco tempo depois.

O primeiro buraco negro formar-se-á daqui a menos de um milhão de anos e o segundo daqui a menos de 4 milhões de anos, mas orbitar-se-ão um ao outro durante milhares de milhões de anos antes de colidirem com uma força tal que será capaz de gerar ondas gravitacionais - ondulações no tecido do espaço-tempo - que poderiam, teoricamente, ser detetadas com instrumentos na Terra.

O estudante de doutoramento Matthew Rickard (Física e Astronomia da UCL), autor principal do estudo, disse: "Graças aos detetores de ondas gravitacionais Virgo e LIGO, foram detetadas dúzias de fusões de buracos negros nos últimos anos. Mas até agora ainda não observámos estrelas que, segundo as previsões, colapsariam para buracos negros desta dimensão e se fundiriam numa escala de tempo inferior ou mesmo comparável à idade do Universo.

"O nosso modelo mais adequado sugere que estas estrelas se fundirão, já como buracos negros, dentro de 18 mil milhões de anos. Encontrar estrelas nesta trajetória evolutiva, tão perto da nossa Via Láctea, é uma excelente oportunidade para aprender ainda mais sobre a formação destes buracos negros binários".

O coautor Daniel Pauli, estudante de doutoramento na Universidade de Potsdam, disse: "Esta estrela binária é o binário de contacto mais massivo observado até agora. A estrela mais pequena, mais brilhante e mais quente, com 32 vezes a massa do Sol, está atualmente a perder massa para a sua companheira maior, que tem 55 vezes a massa do nosso Sol".

Os buracos negros que os astrónomos veem fundir-se hoje formaram-se há milhares de milhões de anos, quando o Universo tinha níveis mais baixos de ferro e de outros elementos mais pesados. A proporção destes elementos pesados aumentou com a idade do Universo, o que torna menos provável a fusão entre buracos negros. Isto porque as estrelas com uma maior proporção de elementos mais pesados têm ventos mais fortes e desintegram-se mais cedo.

A bem estudada Pequena Nuvem de Magalhães, a cerca de 210.000 anos-luz da Terra, tem, por uma peculiaridade da natureza, cerca de um-sétimo das abundâncias de ferro e outros metais pesados da nossa Galáxia. Neste aspeto, imita as condições do passado longínquo do Universo. Mas, ao contrário das galáxias mais antigas e distantes, está suficientemente perto para que os astrónomos possam medir as propriedades de estrelas individuais e binárias.

No seu estudo, os investigadores mediram diferentes bandas de luz provenientes da estrela binária (análise espectroscópica), utilizando dados obtidos ao longo de vários períodos de tempo por instrumentos do Telescópio Espacial Hubble da NASA e pelo instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) no VLT (Very Large Telescope) do ESO no Chile, entre outros telescópios, em comprimentos de onda que vão do ultravioleta ao ótico e ao infravermelho próximo.

O enxame estelar NGC 346, onde a estrela binária está localizada (quadrado vermelho). É uma imagem obtida pelo instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Telescópio Espacial James Webb. Crédito: NASA, ESA, CSA, O. Jones (UK ATC), G. De Marchi (ESTEC) e M. Meixner (USRA); processamento de imagem - A. Pagan (STScI), N. Habel (USRA), L. Lenkic (USRA) e L. Chu (NASA/Ames)

Com estes dados, a equipa conseguiu calcular a velocidade radial das estrelas - ou seja, o movimento que fazem em direção a nós ou para longe de nós - bem como as suas massas, brilho, temperatura e órbitas. Em seguida, combinaram estes parâmetros com o modelo evolutivo que melhor se ajustava.

A sua análise espectroscópica indicou que grande parte do invólucro exterior da estrela mais pequena tinha sido arrancado pela sua companheira maior. Observaram também que o raio de ambas as estrelas excedia o seu lóbulo de Roche - isto é, a região à volta de uma estrela onde o material está gravitacionalmente ligado a essa estrela - confirmando que algum do material da estrela mais pequena está a transbordar e a ser transferido para a estrela companheira.

Falando sobre a evolução futura das estrelas, Rickard explicou: "A estrela mais pequena transformar-se-á primeiro num buraco negro, daqui a apenas 700.000 anos, através de uma explosão espetacular chamada supernova, ou poderá ser tão massiva que colapsará num buraco negro sem qualquer explosão externa.

"O novo buraco negro e a estrela massiva restante permanecerão vizinhos incómodos durante cerca de três milhões de anos, até que este começa a acretar matéria da sua companheira, vingando-se desta".

Pauli, que realizou o trabalho de modelagem, acrescentou: "Passados apenas 200.000 anos a 'roubar' material, mas na direção inversa à anterior - um instante em termos astronómicos - a estrela companheira entrará também em colapso e transformar-se-á num buraco negro. Estes dois buracos negros continuarão a orbitar-se um ao outro, completando uma órbita em poucos dias, durante milhares de milhões de anos.

"Lentamente, perderão esta energia orbital através da emissão de ondas gravitacionais até se orbitarem um ao outro de poucos em poucos segundos, fundindo-se finalmente daqui a 18 mil milhões de anos com uma enorme libertação de ondas gravitacionais".

// UCL (comunicado de imprensa)
// Universidade de Potsdam (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico (arXiv.org)

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ScienceDaily
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New Scientist

Binário de contato:
Wikipedia

Lóbulo de Roche:
Wikipedia

Buracos negros:
Wikipedia
Buraco negro de massa estelar (Wikipedia)

Ondas gravitacionais:
GraceDB (Gravitational Wave Candidate Event Database)
Wikipedia
Astronomia de ondas gravitacionais - Wikipedia

Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA 
ESA
Hubblesite
STScI
SpaceTelescope.org
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais
Arquivo de Ciências do eHST

VLT:
ESO
Wikipedia