Pela primeira vez, no que toca às anãs brancas, os astrónomos descobriram que pelo menos um membro desta família cósmica tem duas faces. Um dos lados de uma anã branca é composto por hidrogénio, enquanto o outro é composto por hélio.

"A superfície da anã branca muda completamente de um lado para o outro", diz Ilaria Caiazzo, investigadora pós-doutorada no Caltech, que lidera um novo estudo sobre estas descobertas publicado na revista Nature. "Quando mostro as observações às pessoas, elas ficam maravilhadas".

As anãs brancas são os remanescentes escaldantes de estrelas que já foram como o nosso Sol. À medida que as estrelas envelhecem, transformam-se em gigantes vermelhas; eventualmente, o seu material exterior é expelido e os seus núcleos contraem-se em anãs brancas densas e escaldantes. O nosso Sol evoluirá para uma anã branca dentro de cerca de 5 mil milhões de anos.

A recém-descoberta anã branca, apelidada de Jano em homenagem ao deus romano, com duas caras, das mudanças e transições (o nome científico da anã branca é ZTF J203349.8+322901.1), foi inicialmente descoberta pelo ZTF (Zwicky Transient Facility), um instrumento que varre o céu todas as noites a partir do Observatório Palomar do Caltech, perto de San Diego, EUA. Caiazzo andava à procura de anãs brancas altamente magnetizadas, como o objeto conhecido como ZTF J1901+1458, que ela e a sua equipa encontraram anteriormente usando o mesmo telescópio. Um dos objetos candidatos destacou-se pelas suas rápidas mudanças de brilho, pelo que Caiazzo decidiu investigar mais a fundo com o instrumento CHIMERA, também em Palomar, bem como com o HiPERCAM no GTC (Gran Telescopio Canarias), nas Ilhas Canárias, Espanha. Esses dados confirmaram que Jano completa uma rotação de 15 em 15 minutos.

Observações subsequentes feitas com o Observatório W. M. Keck no topo de Maunakea, no Hawaii, revelaram a dramática natureza de dupla face da anã branca. A equipa usou um instrumento chamado espetrómetro para espalhar a luz da anã branca num arco-íris de comprimentos de onda que contém impressões digitais químicas. Os dados revelaram a presença de hidrogénio quando um dos lados do objeto estava à vista (sem sinais de hélio), e apenas hélio quando o outro lado era visível.

Esta animação artística mostra a anã branca de duas faces, apelidada de Jano, a rodar sobre o seu eixo. A cinza azulada de uma estrela morta, que já foi uma estrela como o nosso Sol, é composta principalmente por hidrogénio de um lado e hélio do outro (o lado do hidrogénio parece mais brilhante). A natureza peculiar de dupla face desta anã branca pode dever-se à interação de campos magnéticos e convecção, ou a uma mistura de materiais. No lado do hélio, que parece borbulhante, a convecção destruiu a fina camada de hidrogénio à superfície e fez subir o hélio que se encontra por baixo. A rotação da anã branca foi acelerada nesta animação; normalmente, completa uma rotação a cada 15 minutos. Crédito: K. Miller, Caltech/IPAC

O que é que levaria uma anã branca, flutuando sozinha no espaço, a ter faces tão drasticamente diferentes? A equipa reconhece que está perplexa, mas avançou com algumas teorias possíveis. Uma delas é que podemos estar a assistir a Jano a passar por uma fase rara da evolução de uma anã branca.

"Nem todas, mas algumas anãs brancas passam da transição de uma superfície dominada pelo hidrogénio para uma superfície dominada pelo hélio", explica Caiazzo. "Poderemos ter apanhado uma dessas anãs brancas em flagrante".

Após a formação das anãs brancas, os elementos mais pesados afundam-se para o núcleo e os elementos mais leves - sendo o hidrogénio o mais leve de todos - flutuam para o topo. Mas com o tempo, à medida que as anãs brancas arrefecem, pensa-se que os materiais se misturem. Em alguns casos, o hidrogénio é misturado no interior e diluído de tal forma que o hélio se torna mais predominante. Janus pode encarnar esta fase de transição, mas uma questão premente é: porque é que a transição está a acontecer de forma tão desarticulada, com um lado a evoluir antes do outro?

A resposta, segundo a equipa científica, pode estar nos campos magnéticos.

Os cientistas pensam que os campos magnéticos podem explicar a invulgar aparência de duas faces da anã branca apelidada de Jano. Um dos lados da superfície da estrela morta é composto principalmente por hidrogénio, enquanto o outro lado é hélio, como se vê nesta animação artística. Campos magnéticos assimétricos (vistos como linhas em loop) podem ter influenciado a mistura de materiais na anã branca de tal forma que causaram a sua distribuição desigual. A rotação da anã branca foi acelerada nesta animação; normalmente, gira em torno do seu eixo a cada 15 minutos. Jano está a cerca de 1300 anos-luz de distância, na direção da constelação de Cisne. Crédito: K. Miller, Caltech/IPAC

"Os campos magnéticos à volta dos corpos cósmicos tendem a ser assimétricos, ou seja, mais fortes num dos lados", explica Caiazzo. "Os campos magnéticos podem impedir a mistura de materiais. Assim, se o campo magnético for mais forte de um lado, esse lado terá menos mistura e, portanto, mais hidrogénio."

Outra teoria proposta pela equipa para explicar as duas faces também depende dos campos magnéticos. Mas, neste cenário, pensa-se que os campos alterem a pressão e a densidade dos gases atmosféricos.

"Os campos magnéticos podem levar a pressões de gás mais baixas na atmosfera, o que pode permitir a formação de um 'oceano' de hidrogénio onde os campos magnéticos são mais fortes", diz o coautor James Fuller, professor de astrofísica teórica no Caltech. "Não sabemos qual destas teorias está correta, mas não conseguimos pensar em nenhuma outra forma de explicar os lados assimétricos sem campos magnéticos".

Para ajudar a resolver o mistério, a equipa espera encontrar mais anãs brancas do tipo Jano com o levantamento do céu do ZTF. "O ZTF é muito bom a encontrar objetos estranhos", diz Caiazzo. Futuros levantamentos, como os que serão efetuados pelo Observatório Vera C. Rubin, no Chile, deverão facilitar ainda mais a descoberta de anãs brancas variáveis.

// Caltech (comunicado de imprensa)
// Observatório W. M. Keck (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)

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Anãs brancas:
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ZTF (Zwicky Transient Facility):
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GTC (Gran Telescopio Canarias):
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