Anãs brancas ainda podem sofrer atividade termonuclear estável

Para estudar a física subjacente à evolução da anã branca, os astrônomos compararam o resfriamento das anãs brancas em dois aglomerados massivos de estrelas: os aglomerados globulares M3 e M13. Esses dois aglomerados compartilham muitas propriedades físicas, como idade e metalicidade, mas as populações de estrelas que irão eventualmente produzir anãs brancas são diferentes. Juntos, isso torna M3 e M13 um laboratório natural perfeito para testar como diferentes populações de anãs brancas se resfriam. Fonte: ESA / Hubble & NASA, G. Piotto et al.

Será que estrelas moribundas podem esconder o segredo de parecer mais jovem? Novas evidências do NASA/ISTO telescópio espacial Hubble sugere que as anãs brancas podem continuar a queimar hidrogênio nos últimos estágios de suas vidas, fazendo com que pareçam mais jovens do que realmente são. Esta descoberta pode ter implicações em como os astrônomos medem a idade dos aglomerados de estrelas.

A visão predominante das anãs brancas como estrelas lentas e de resfriamento lento foi contestada por observações feitas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA / ESA. Um grupo internacional de astrônomos encontrou a primeira evidência de que as anãs brancas podem retardar seu processo de envelhecimento ao queimar hidrogênio em sua superfície.

“Encontramos a primeira evidência observacional de que as anãs brancas ainda podem sofrer atividade termonuclear estável”, disse Jianxing Chen, da Alma Mater Studiorum Università di Bologna e do Instituto Nacional Italiano de Astrofísica, que liderou a pesquisa. “Isso foi uma grande surpresa, pois é contrário ao que geralmente se acredita.”

As anãs brancas são estrelas de resfriamento lento que se desprenderam de suas camadas externas nas últimas fases da vida. Eles são objetos comuns no cosmos; Cerca de 98% de todas as estrelas do universo acabarão se tornando anãs brancas, incluindo nosso próprio sol.^[1] O estudo desses estágios de resfriamento ajuda os astrônomos a entender não apenas as anãs brancas, mas também seus estágios iniciais.

Para examinar a base física anã branca Na evolução, os astrônomos compararam o resfriamento das anãs brancas em dois aglomerados massivos de estrelas: os aglomerados globulares M3 e M13.^[2] Esses dois clusters compartilham muitas propriedades físicas, como idade e metalicidade^[3] mas as populações de estrelas que eventualmente produzirão anãs brancas são diferentes. Em particular, a cor geral das estrelas em um estágio de desenvolvimento conhecido como ramo horizontal é mais azul em M13, indicando uma população de estrelas mais quentes. Juntos, isso torna M3 e M13 um laboratório natural perfeito para testar como diferentes populações de anãs brancas se resfriam.

Esta imagem mostra uma visão de campo amplo de M13. Fonte: ESA / Hubble, Digitized Sky Survey 2. Agradecimentos: D. De Martin

“A excelente qualidade de nossas observações do Hubble nos deu uma imagem completa das populações de estrelas nos dois aglomerados globulares”, continuou Chen. “Isso nos permitiu realmente contrastar como as estrelas se desenvolvem em M3 e M13.”

Usando a Wide Field Camera 3 do Hubble, a equipe M3 e M13 observou em comprimentos de onda quase ultravioleta, o que lhes permitiu comparar mais de 700 anãs brancas nos dois aglomerados. Eles descobriram que M3 contém anãs brancas padrão que simplesmente resfriam núcleos estelares. M13, por outro lado, contém duas populações de anãs brancas: anãs brancas padrão e aquelas que conseguiram se agarrar a uma camada externa de hidrogênio que lhes permite queimar por mais tempo e, assim, resfriar mais lentamente.

Ao comparar seus resultados com simulações de computador da evolução de estrelas em M13, os pesquisadores conseguiram mostrar que cerca de 70% das anãs brancas em M13 queimam hidrogênio em sua superfície, o que retarda seu resfriamento.

Esta imagem mostra uma visão de campo amplo do M3. Fonte: ESA / Hubble, Digitized Sky Survey 2. Agradecimentos: D. De Martin

Esta descoberta pode ter implicações na forma como os astrônomos medem a idade das estrelas em via Láctea. A evolução das anãs brancas foi modelada anteriormente como um processo de resfriamento previsível. Esta relação relativamente simples entre idade e temperatura levou os astrônomos a usar a taxa de resfriamento da anã branca como um relógio natural para determinar a idade dos aglomerados de estrelas, particularmente aglomerados globulares e abertos. No entanto, anãs brancas queimando hidrogênio podem fazer com que essas estimativas de idade sejam imprecisas em até 1 bilhão de anos.

“Nossa descoberta desafia a definição de anãs brancas enquanto olhamos para uma nova perspectiva sobre como as estrelas envelhecem”, acrescentou Francesco Ferraro, da Alma Mater Studiorum Università di Bologna e do Instituto Nacional Italiano de Astrofísica, que coordenou o estudo. “Estamos agora investigando outros aglomerados semelhantes ao M13 para limitar ainda mais as condições que fazem com que as estrelas mantenham o fino envelope de hidrogênio que lhes permite envelhecer lentamente.”

Observações

1. O Sol tem apenas 4,6 bilhões de anos durante sua vida útil de aproximadamente 10 bilhões de anos. Uma vez que consome hidrogênio em seu núcleo, o sol se transformará em uma gigante vermelha, engolfando os planetas internos e queimando a superfície da Terra. Em seguida, ela desprende suas camadas externas e o núcleo exposto do sol permanece como uma anã branca que esfria lentamente. Essas brasas estelares serão incrivelmente densas, acumulando uma grande parte da massa do Sol em uma esfera aproximadamente do tamanho da Terra.
2. M3 contém cerca de meio milhão de estrelas e está localizado na constelação de Canes Venatici. M13 – às vezes conhecido como o Grande Aglomerado Globular em Hércules – contém um pouco menos estrelas, apenas algumas centenas de milhares. As anãs brancas são freqüentemente usadas para estimar a idade dos aglomerados globulares e, portanto, uma parte significativa do tempo de Hubble foi dedicada ao estudo das anãs brancas em aglomerados globulares antigos e densamente povoados. O Hubble observou pela primeira vez anãs brancas em aglomerados globulares diretamente em 2006.
3. Os astrônomos usam a palavra “metalicidade” para descrever a porção de uma estrela que é composta de outros elementos além de hidrogênio e hélio. A grande maioria da matéria no universo é composta de hidrogênio ou hélio – para dar um exemplo do Sol: 74,9% de sua massa é hidrogênio, 23,8% hélio e os 1,3% restantes são uma mistura de todos os outros elementos, astrônomos referem-se a eles como “metais”.

Mais Informações

O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a ESA e a NASA.

A equipe internacional de astrônomos neste estudo consiste em Jianxing Chen (Alma Mater Studiorum Università di Bologna e Astrofísica e Observatório de Ciências Espaciais de Bolonha), Francesco R. Ferraro (Alma Mater Studiorum Università di Bologna e Astrofísica e Observatório de Ciências Espaciais de Bolonha), Mario Cadelano (Observatório de Astrofísica e Ciências Espaciais de Bolonha), Maurizio Salaris (Liverpool John Moores University), Barbara Lanzoni (Alma Mater Studiorum Università di Bologna e Observatório de Astrofísica e Ciências Espaciais de Bolonha), Cristina Pallanca (Alma Mater Studiorum Università di Bologna e Astrofísica e Ciências Espaciais Observatorium Bologna), Leandro G. Althaus (Universidad Nacional de La Plata e CCT – CONICET Centro Cientifico Tecnologico La Plata) e Emanuele Dalessandro (Observatório de Astrofísica e Ciências Espaciais de Bolonha).