Uma equipa de astrónomos, liderada por Steffani Grondin, aluna do DADDAA (David A. Dunlap Department for Astronomy & Astrophysics) da Universidade de Toronto, descobriu a primeira população de candidatos a binários estelares compostos por uma anã branca e por uma estrela de sequência principal em enxames abertos.

Esta descoberta ajudará a relacionar os estados inicial e final dos sistemas estelares binários, o que ajudará a informar os modelos de formação estelar, a evolução química da nossa Galáxia e até a maneira como a maioria dos elementos da tabela periódica foram criados. O estudo foi possível graças à utilização da aprendizagem de máquina para analisar dados provenientes de três fontes principais: a missão Gaia da ESA - um telescópio espacial que estudou mais de mil milhões de estrelas na nossa Galáxia - e observações dos levantamentos 2MASS e Pan-STARRS1. Este conjunto de dados, quando combinados, permitiu à equipa procurar novos binários em enxames com características semelhantes às dos pares conhecidos de anãs brancas e estrelas de sequência principal.

A maioria das estrelas encontra-se agrupada em sistemas binários - pares de estrelas que orbitam em torno de um centro de gravidade comum. De facto, quase metade de todas as estrelas semelhantes ao nosso Sol têm pelo menos uma estrela companheira. Estas estrelas emparelhadas diferem geralmente em tamanho, sendo uma estrela frequentemente mais massiva do que a outra. Embora possamos ser tentados a assumir que estas estrelas evoluem ao mesmo ritmo, as estrelas mais massivas tendem a ter vidas mais curtas e a passar pelas fases de evolução estelar muito mais rapidamente do que as suas companheiras de menor massa.

A fase principal da evolução de uma estrela é designada por fase da "sequência principal". É nesta fase que o hidrogénio está a ser fundido em hélio no núcleo da estrela. O nosso Sol é atualmente uma estrela de sequência principal, tal como cerca de 90 por cento das estrelas do Universo.

Na fase em que uma estrela se aproxima do fim da sua vida, expande-se para centenas ou milhares de vezes o seu tamanho original durante aquilo a que chamamos as fases de "gigante vermelha" ou "ramo assintótico das gigantes". Em sistemas binários íntimos, esta expansão é tão dramática que as camadas exteriores da estrela moribunda podem, por vezes, engolir completamente a sua companheira. Os astrónomos referem-se a isto como a fase do "envelope comum", pois ambas as estrelas ficam envoltas no mesmo material.

Esta fase de envelope comum e a forma como as estrelas espiralam juntas durante este período crítico continua a ser um dos maiores mistérios da astrofísica. Os cientistas ainda têm dificuldade em compreender como é que esta interação afeta a evolução subsequente das estrelas.

Felizmente, esta nova investigação pode fornecer uma potencial solução para este enigma. Os remanescentes deixados pelas estrelas deste estudo são objetos compactos chamados anãs brancas. Encontrar estes sistemas "pós-envelope comum", que contêm tanto um remanescente estelar "morto" como uma estrela "viva", constitui uma forma única de investigar esta fase extrema da evolução estelar.

"As estrelas binárias desempenham um papel enorme no nosso Universo", diz Grondin. "Esta amostra observacional marca um primeiro passo fundamental para nos permitir rastrear os ciclos de vida completos dos binários e, esperamos, permitir-nos-á restringir a fase mais misteriosa da evolução estelar".

Embora estes tipos de sistemas binários devessem ser muito comuns, têm sido difíceis de encontrar, com apenas dois candidatos confirmados em enxames antes desta investigação, que tem o potencial de aumentar esse número para 52 binários em 38 enxames estelares. Uma vez que se pensa que as estrelas destes enxames se formaram todas ao mesmo tempo, encontrar estes binários em enxames abertos permite aos astrónomos determinar a idade dos sistemas e traçar a sua evolução completa desde antes das condições de envelope comum até aos binários observados na sua fase pós-envelope comum.

"A utilização da aprendizagem de máquina ajudou-nos a identificar assinaturas claras para estes sistemas únicos que não conseguíamos identificar facilmente apenas com alguns pontos de dados", afirma o membro da equipa Joshua Speagle, do DADDAA. "Também nos permitiu automatizar a nossa pesquisa em centenas de enxames, uma tarefa que teria sido impossível se estivéssemos a tentar identificar estes sistemas manualmente".

"Isto mostra realmente o quanto o nosso Universo se esconde à vista de todos - ainda à espera de ser descoberto", acrescentou a professora Maria Drout, da equipa de investigação que realizou o estudo, também do DADDAA da Universidade de Toronto. "Embora existam muitos exemplos deste tipo de sistemas binários, muito poucos têm as restrições de idade necessárias para mapear completamente a sua história evolutiva. Embora ainda haja muito trabalho a fazer para confirmar e caracterizar completamente estes sistemas, estes resultados terão implicações em várias áreas da astrofísica".

Os binários que contêm objetos compactos são também os progenitores de um tipo de explosão estelar extrema chamada supernova de Tipo Ia e o tipo de fusão que cria ondas gravitacionais, ou seja, ondulações no espaço-tempo que podem ser detetadas por instrumentos como o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). À medida que a equipa utiliza os dados dos telescópios Gemini, Keck e Magellan para confirmar e medir as propriedades destes binários, este catálogo acabará por lançar luz sobre os muitos fenómenos transientes e elusivos do nosso Universo.

// Universidade de Toronto (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

Estrela binária:
Wikipedia

Anãs brancas:
NASA
Wikipedia

Sequência principal:
Wikipedia

Gigante vermelha:
Wikipedia

Ramo assintótico das gigantes:
Wikipedia

Fase do "envelope comum":
Wikipedia

Evolução estelar:
Wikipedia

Gaia:
ESA
ESA - 2
Gaia/ESA
Programa Alertas de Ciência Fotométrica do Gaia
Catálogo DR3 do Gaia
Wikipedia

Levantamento 2MASS:
Caltech
Wikipedia

Levantamento Pan-STARRS1:
STScI
Wikipedia