GAIA REVELA COMO ESTRELAS PARECIDAS COM O SOL SE TORNAM SÓLIDAS APÓS A SUA MORTE 11 de janeiro de 2019
Ilustração de uma anã branca, o remanescente de uma estrela parecida com o Sol, com um núcleo sólido cristalizado.
As anãs brancas são os remanescentes de estrelas de tamanho médio parecidas com o nosso Sol. Assim que estas estrelas queimam todo o seu combustível nuclear no núcleo, perdem as suas camadas externas, deixando para trás um núcleo quente que começa a arrefecer.
Dados obtidos pela missão Gaia da ESA revelaram, pela primeira vez, como as anãs brancas se transformam em esferas sólidas à medida que o gás quente no seu interior arrefece.
Crédito: Universidade de Warwick/Mark Garlick
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Dados obtidos pela missão Gaia da ESA revelaram, pela primeira vez, como as anãs brancas, os remanescentes de estrelas como o nosso Sol, se transformam em esferas sólidas à medida que o gás quente no seu interior arrefece.
Este processo de solidificação, ou cristalização, do material dentro das anãs brancas, foi previsto há 50 anos, mas só com a chegada do Gaia é que os astrónomos foram capazes de observar um número suficiente destes objetos, com tal precisão, para ver o padrão revelador deste processo.
"Anteriormente, tínhamos distâncias para apenas algumas centenas de anãs brancas e muitas delas encontravam-se em enxames, onde todas têm a mesma idade," diz Pier-Emmanuel Tremblay da Universidade de Warwick, Reino Unido, autor principal do artigo que descreve os resultados, publicado anteontem na revista Nature.
"Com o Gaia temos agora a distância, brilho e cor de centenas de milhares de anãs brancas para uma amostra considerável no disco externo da Via Láctea, abrangendo uma gama de massas iniciais e todos os tipos de idades."
É na estimativa precisa da distância destas estrelas que o Gaia fez um grande avanço, permitindo que os astrónomos avaliassem o seu verdadeiro brilho com uma precisão sem precedentes.
As anãs brancas são os remanescentes de estrelas de tamanho médio parecidas com o nosso Sol. Assim que estas estrelas queimam todo o seu combustível nuclear no núcleo, perdem as suas camadas externas, deixando para trás um núcleo quente que começa a arrefecer.
Estes remanescentes ultradensos ainda emitem radiação térmica enquanto arrefecem, e são visíveis para os astrónomos como objetos bastante ténues. Estima-se que até 97% das estrelas na Via Láctea acabem, eventualmente, por se transformar em anãs brancas, enquanto as estrelas mais massivas acabam como estrelas de neutrões ou buracos negros.
O arrefecimento das anãs brancas dura milhares de milhões de anos. Quando atingem uma determinada temperatura, a matéria originalmente quente dentro do núcleo estelar começa a cristalizar, tornando-se sólida. O processo é semelhante à água líquida que se transforma em gelo na Terra a 0º C, exceto que a temperatura desta solidificação que ocorre nas anãs brancas é extremamente alta - cerca de 10 milhões de graus Celsius.
Neste estudo, os astrónomos analisaram mais de 15.000 candidatos a remanescente estelar até 300 anos-luz da Terra, observados pelo Gaia, e foram capazes de ver estas anãs brancas cristalizantes como um grupo bastante distinto.
"Vimos um conjunto de anãs brancas de certas cores e luminosidades que, de outra forma, não estavam ligadas em termos de evolução," comenta Pier-Emmanuel.
"Percebemos que esta não era uma população distinta de anãs brancas, mas o efeito do arrefecimento e da cristalização prevista há 50 anos."
O calor libertado durante este processo de cristalização, que dura vários milhares de milhões de anos, aparentemente atrasa a evolução das anãs brancas: as estrelas mortas param de escurecer e, como resultado, parecem ser até dois mil milhões de anos mais jovens do que realmente são. Isso, por sua vez, tem um impacto na nossa compreensão dos grupos estelares de que estas anãs brancas fazem parte.
"As anãs brancas são tradicionalmente usadas para a determinação da idade das populações estelares em enxames, no disco exterior e no halo da nossa Via Láctea," explica Pier-Emmanuel.
"Teremos agora que desenvolver melhores modelos de cristalização para obter estimativas mais precisas das idades destes sistemas."
Nem todas as anãs brancas cristalizam ao mesmo ritmo. As estrelas mais massivas arrefecem mais rapidamente e atingem a temperatura na qual a cristalização ocorre em aproximadamente mil milhões de anos. As anãs brancas com massas mais baixas, mais próximas do estágio final do Sol, arrefecem mais lentamente, exigindo até seis mil milhões de anos para se transformarem em esferas sólidas e mortas.
O Sol ainda tem cerca de cinco mil milhões de anos antes de se transformar numa anã branca, e os astrónomos estimam que levará outros cinco mil milhões de anos para arrefecer numa esfera de cristal.
"Este resultado destaca a versatilidade do Gaia e das suas inúmeras aplicações," comenta Timo Prusti, cientista do projeto Gaia da ESA.
"É emocionante como o estudo das estrelas pelo céu e a medição das suas propriedades pode levar a evidências de fenómenos de plasma numa matéria tão densa que não pode ser testada em laboratório."
Impressão de artista de alguns possíveis percursos evolucionários para estrelas de diferentes massas iniciais.
Algumas protoestrelas, anãs castanhas, na realidade nunca se tornam quentes o suficiente para despoletar a ignição nuclear em estrelas propriamente ditas, e simplesmente arrefecem e desaparecem.
As anãs vermelhas, o tipo mais comum de estrela, continuam a queimar combustível até que transformam todo o seu hidrogénio em hélio, transformando-se em anãs brancas.
As estrelas parecidas com o Sol incham para anãs vermelhas antes de libertar as suas camadas exteriores, dando origem a nebulosas coloridas enquanto os seus núcleos colapsam para uma anã branca.
As estrelas mais massivas colapsam abruptamente assim que queimam todo o seu combustível, despoletando uma explosão de supernova ou explosão de raios-gama, deixando para trás uma estrela de neutrões ou um buraco negro.
Crédito: ESA
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Este diagrama, conhecido como diagrama Hertzsprung-Russell (em honra aos astrónomos que o desenvolveram, no início do século XX, para estudar a evolução estelar), combina informação sobre o brilho, cor e distância de mais de 15.000 anãs brancas até 300 anos-luz da Terra. Os dados, vistos como pontos negros, são parte da segunda versão do catálogo Gaia da ESA.
As anãs brancas são os remanescentes de estrelas de tamanho médio parecidas com o nosso Sol. Assim que estas estrelas queimam todo o seu combustível nuclear no núcleo, perdem as suas camadas externas, deixando para trás um núcleo quente que começa a arrefecer.
No diagrama, as linhas azuis mostram a sequência de arrefecimento das anãs brancas com massas diferentes - 0,6, 0,9 e 1,1 vezes a massa do Sol, respetivamente - como previsto pelos modelos teóricos.
Ao analisarem os dados do Gaia, os cientistas descobriram um conjunto de anãs brancas de certas cores e luminosidades (realçado com as linhas laranja) que, de outra forma, não estavam ligadas em termos da sua evolução. Perceberam que este agrupamento não era uma população distinta de anãs brancas, mas o efeito do arrefecimento e cristalização da matéria originalmente quente no núcleo estelar.
Esta é a primeira evidência de cristalização no interior das anãs brancas, um processo previsto em 1968.
Crédito: Cortesia de Pier-Emmanuel Tremblay et al.
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