Enquanto as estrelas que morrem tomam suas últimas respirações da vida, elas gentilmente jogam suas cinzas no cosmos através das magníficas nebulosas planetárias. Essas cinzas, espalhadas por ventos estelares, são enriquecidas com muitos elementos químicos diferentes, incluindo carbono.
As descobertas de um estudo publicado hoje na Nature Astronomy mostram que as respirações finais dessas estrelas moribundas, chamadas anãs brancas, lançam luz sobre a origem do carbono na Via Láctea.
“As descobertas colocam novas e rigorosas restrições sobre como e quando o carbono foi produzido pelas estrelas da nossa galáxia, terminando na matéria-prima da qual o Sol e seu sistema planetário foram formados 4,6 bilhões de anos atrás”, diz Jeffrey Cummings, pesquisador associado. Cientista do Departamento de Física e Astronomia da Universidade Johns Hopkins e autor do artigo.
A origem do carbono, um elemento essencial para a vida na Terra, na galáxia Via Láctea ainda é debatida entre os astrofísicos: alguns são a favor de estrelas de baixa massa que explodiram seus envelopes ricos em carbono por ventos estelares que se tornaram anãs brancas, e outros coloque o principal local da síntese de carbono nos ventos de estrelas massivas que eventualmente explodiram como supernovas.
Usando dados do Observatório Keck, perto do cume do vulcão Mauna Kea, no Havaí, coletados entre agosto e setembro de 2018, os pesquisadores analisaram anãs brancas pertencentes aos aglomerados abertos de estrelas da Via Láctea. Aglomerados de estrelas abertas são grupos de até alguns milhares de estrelas mantidos juntos por atração gravitacional mútua.
A partir dessa análise, a equipe de pesquisa mediu as massas das anãs brancas e, usando a teoria da evolução estelar, também calculou suas massas ao nascer.
A conexão entre as massas de nascimento e as massas finais de anã branca é chamada de relação de massa inicial-final, um diagnóstico fundamental em astrofísica que contém todo o ciclo de vida das estrelas. Pesquisas anteriores sempre encontraram uma relação linear crescente: quanto mais maciça a estrela no nascimento, mais maciça a anã branca deixava sua morte.
Mas quando Cummings e seus colegas calcularam a relação de massa inicial-final, ficaram chocados ao descobrir que as anãs brancas desse grupo de aglomerados abertos tinham massas maiores do que os astrofísicos acreditavam anteriormente. Eles descobriram que essa descoberta quebrou a tendência linear que outros estudos sempre encontraram. Em outras palavras, as estrelas nascidas há cerca de um bilhão de anos atrás na Via Láctea não produziram anãs brancas com cerca de 0,60-0,65 massas solares, como se pensava, mas morreram deixando para trás restos mais maciços de 0,7 a 0,75 massas solares .
Os pesquisadores dizem que essa torção explica como o carbono de estrelas de baixa massa chegou à Via Láctea. Nas últimas fases de suas vidas, estrelas duas vezes mais massivas que o Sol da Via Láctea produziram novos átomos de carbono em seus interiores quentes, transportaram-nos para a superfície e finalmente os espalharam pelo ambiente interestelar circundante através de ventos estelares suaves. Os modelos estelares da equipe de pesquisa indicam que a remoção do manto externo rico em carbono ocorreu devagar o suficiente para permitir que os núcleos centrais dessas estrelas, as futuras anãs brancas, cresçam consideravelmente em massa.
A equipe calculou que as estrelas tinham que ter pelo menos 1,5 massa solar para espalhar suas cinzas ricas em carbono após a morte.
As descobertas, de acordo com Paola Marigo, professora de física e astronomia da Universidade de Pádua e primeira autora do estudo, ajudam os cientistas a entender as propriedades das galáxias no universo. Ao combinar as teorias da cosmologia e da evolução estelar, os pesquisadores esperam que estrelas brilhantes e ricas em carbono próximas à sua morte, como os progenitores das anãs brancas analisadas neste estudo, estejam atualmente contribuindo para a luz emitida por galáxias muito distantes. Essa luz, que carrega a assinatura do carbono recém-produzido, é rotineiramente coletada pelos grandes telescópios do espaço e da Terra para sondar a evolução das estruturas cósmicas. Portanto, esse novo entendimento de como o carbono é sintetizado nas estrelas também significa ter um intérprete mais confiável da luz do universo distante.
Publicado em 07/07/2020 12h56
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