Tal como a Terra, a maioria dos corpos planetários orbita a sua estrela em órbitas estáveis e isoladas. Estes sistemas podem sofrer alterações repentinas quando um planeta se aproxima demasiado da sua estrela. Num encontro tão próximo, uma estrela pode atrair o planeta e engoli-lo por completo.

Por toda a Galáxia, os astrónomos têm observado inúmeros sistemas planetários estáveis e isolados. Também observaram alguns casos em que as estrelas engoliram rapidamente os seus planetas. Agora, pela primeira vez, os cientistas identificaram um sistema que apresenta um equilíbrio curioso entre os dois extremos. E isso está a revelar uma nova forma como as estrelas podem interagir com os seus companheiros planetários.

Num artigo científico publicado no passado dia 5 de outubro na revista Nature Astronomy, cientistas do MIT (Massachusetts Institute of Technology) e de outras instituições descobriram uma estrela a devorar lentamente uma anã castanha em órbita próxima - um objeto semelhante a um planeta, mais massivo do que um planeta, mas não tão grande quanto uma estrela.

O novo sistema, denominado ZTF J0440+2325, situa-se na Via Láctea, a cerca de 300 anos-luz da Terra, e representa a primeira observação de um objeto de baixa massa que está a consumir, de forma lenta e constante, material de outro objeto de baixa massa.

A velocidade a que a estrela se alimenta da anã castanha sugere que este lento canibalismo estelar poderá prolongar-se por centenas de milhares, ou mesmo milhares de milhões de anos.

"Quando pensamos em estrelas a interagir com planetas ou anãs castanhas, a imagem que nos vem sempre à cabeça é a de que a estrela acaba por engolir o outro objeto", afirma Kevin Burdge, professor assistente de física no MIT. "É isso que acontecerá à Terra quando o Sol se tornar uma gigante vermelha. Mas, neste caso, descobrimos uma alternativa: em vez de engolir o objeto, a estrela pode ir consumindo-o gradualmente, ao longo de milhares de milhões de anos".

Além dos coautores do MIT, este estudo contou com colaboradores do Caltech, da Universidade do Hawaii, do IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias) e da Universidade de La Laguna, em Espanha, e do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian.

Um "triângulo estranho"

O novo sistema foi detetado inicialmente pelo ZTF (Zwicky Transient Facility). O ZTF utiliza uma câmara integrada num telescópio do Observatório Palomar, na Califórnia, para varrer o céu à procura de alterações rápidas no brilho, que poderiam indicar a presença de uma supernova, de uma explosão de raios gama ou de estrelas de neutrões em colisão.

Há vários anos, Burdge estava a analisar os dados do ZTF quando reparou numa curva de luz estranha, ou seja, um padrão de brilho. As curvas de luz das supernovas assemelham-se a uma curva em forma de sino, indicando o aumento gradual do brilho e, em seguida, o enfraquecimento de uma estrela à medida que esta explode. Mas o que Burdge identificou parecia-se mais com um triângulo, que não apareceu apenas uma vez, mas repetidamente.

"Lembro-me de olhar para isto pela primeira vez e pensar: 'As estrelas não produzem formas de onda triangulares como esta'", recorda.

Na altura, ele e os seus colegas estavam concentrados num sinal diferente, que identificaram como um "binário da viúva-negra" - um sistema em que uma estrela de neutrões extremamente densa e em rotação está a consumir lentamente uma estrela companheira muito mais pequena, à semelhança de como a aranha que lhe dá o nome brinca com a sua presa.

Burdge questionou-se se o sinal triangular também poderia provir de uma viúva-negra. Mas a luz do sinal era intrigante. Nos sistemas binários de viúva-negra, a luz parece oscilar, em resultado de um objeto muito leve e de baixa massa, como uma pequena estrela companheira, a girar em torno de um objeto muito mais massivo, como uma estrela de neutrões.

"Não estávamos a ver esse movimento de vaivém aqui", diz Burdge. "Não fazia qualquer sentido. Não conseguíamos explicar o que isto era".

Mas tinham um palpite: será que o sinal não provinha de um sistema instável, do tipo "David e Golias", mas sim de um par de objetos mais equilibrado, cada um com uma massa igualmente baixa?

"Se houver menos massa no sistema, os objetos podem orbitar-se gentilmente um ao outro sem oscilar para a frente e para trás", diz Burdge. "Era essa a ideia. Mas nunca tivemos qualquer prova. E este triângulo estranho ficou simplesmente por resolver durante anos".

Uma bola de fogo lenta e constante

Recentemente, Burdge e Aaron Householder, estudante do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT, decidiram voltar a investigar o mistério do triângulo. A partir do sinal original do ZTF, determinaram que a localização da sua fonte se situava dentro da Via Láctea, a cerca de 300 anos-luz da Terra. Apontaram vários telescópios para a fonte, denominada ZTF J0440+2325. A partir destas observações, mediram várias propriedades da fonte, incluindo a sua oscilação. Em comparação com as "viúvas-negras" e outros sistemas binários semelhantes, a oscilação de ZTF J0440+2325 era muito menor - mas não insignificante.

"Foi esse o verdadeiro factor decisivo para este sistema", afirma Householder. "Quando medimos essa oscilação, descobrimos que não se tratava de uma 'viúva-negra'. Era uma estrela de baixa massa orbitada por uma anã castanha. A amplitude da oscilação era demasiado pequena para ser outra coisa qualquer".

Determinaram que a estrela e a anã castanha estão extremamente próximas uma da outra, com a anã castanha a orbitar a estrela a cada 87 minutos, numa órbita que caberia dentro do diâmetro do Sol. Ambos os objetos são pequenos para os padrões estelares. A estrela tem cerca de 85 vezes a massa de Júpiter, enquanto a anã castanha tem cerca de 25 vezes a massa de Júpiter.

Com dois objetos de baixa massa separados por uma distância tão pequena, os cientistas questionaram-se se um dos objetos estaria a atrair matéria do outro. Esse processo, conhecido como acreção, é mais frequentemente observado em torno de objetos extremamente massivos, embora de tamanho reduzido, como buracos negros e estrelas de neutrões. Quando um buraco negro sofre acreção, ou seja, atrai matéria de um objeto vizinho muito mais pequeno, a matéria à sua volta forma um disco.

"A diferença aqui é que o objeto que absorve matéria não é um minúsculo buraco negro, mas sim uma estrela, que é relativamente grande", explica Burdge. "Por isso, a matéria colide diretamente com a superfície, a velocidades muito elevadas, como um asteroide a atingir a Lua".

A equipa realizou simulações de uma possível acreção em ZTF J0440+2325. Tendo em conta as propriedades da estrela e da anã castanha, simularam partículas de matéria na anã castanha e a forma como essas partículas se comportariam no sistema ao longo do tempo, de acordo com as leis da física e as equações do movimento.

"Quando acompanhamos essas partículas de teste, vemos que elas caem, de facto, diretamente sobre a superfície da estrela", afirma Householder. "Esta é a primeira vez que observamos uma estrela de baixa massa a acretar ativamente outro objeto de baixa massa".

Além disso, a equipa calculou que a anã castanha deve estar a fornecer matéria à sua estrela a um ritmo de cerca de 1/100.000 da massa da Terra por ano. Isso equivale a cerca de 40 milhões de camiões de material. Embora possa parecer uma grande quantidade de matéria perdida, trata-se, na verdade, de uma fração muito pequena da anã castanha. Esta taxa, estimam os investigadores, é, na realidade, bastante lenta e constante. Dado o tamanho do sistema, afirmam que a estrela poderia continuar a "petiscar" tranquilamente a anã castanha durante milhares de milhões de anos.

Esta acreção lenta, dizem eles, assemelhar-se-ia a um fluxo constante da anã castanha para a estrela. Os investigadores perceberam que, se observassem o sistema de longe, o brilho do sistema formaria um triângulo, à medida que a anã castanha e o seu fluxo de matéria orbitam a sua estrela.

"É como se houvesse uma bola de fogo contínua sobre um dos objetos e, à medida que um orbita em torno do outro, esse ponto quente entra e sai do campo de visão, sendo que o pico do sinal triangular corresponde ao momento em que se está a olhar diretamente para a bola de fogo", explica Burdge.

Com o mistério da curva de luz triangular resolvido, a equipa espera identificar sistemas semelhantes de alimentação lenta nas proximidades.

"Da nossa parte, está a inspirar muitas novas pesquisas", afirma Householder. "Penso que vamos aprender muito sobre uma forma diferente de os planetas e as anãs castanhas interagirem com as suas estrelas hospedeiras".

// MIT (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)

Quer saber mais?

Anãs vermelhas:
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Anãs castanhas:
Wikipedia

ZTF (Zwicky Transient Facility):
Caltech
ipac
Wikipedia

Observatório Palomar:
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