Pela primeira vez, os astrônomos identificaram positivamente um sistema binário que está destinado a um dia acabar como uma kilonova – o resultado explosivo de uma colisão de estrelas de nêutrons.
E, ironicamente, o ingrediente-chave para esse destino final é um par de supernovas fracassadas. Acredita-se que esse fenômeno seja tão raro que existem apenas cerca de 10 desses sistemas binários em toda a Via Láctea. Um estudo mais detalhado desse sistema deve ajudar os cientistas a entender como esses eventos insanos evoluem.
“Por algum tempo, os astrônomos especularam sobre as condições exatas que poderiam eventualmente levar a uma quilonova”, diz o astrônomo André-Nicolas Chené, do NOIRLab.
“Esses novos resultados demonstram que, pelo menos em alguns casos, duas estrelas de nêutrons irmãs podem se fundir quando uma delas foi criada sem uma explosão clássica de supernova”.
As colisões de estrelas de nêutrons são raras, mas desempenham um papel importante na semeadura do Universo com elementos pesados, como ouro, platina e urânio. Esses elementos não podem ser criados dentro de núcleos estelares; a energia necessária para a nucleossíntese estelar de elementos mais pesados que o ferro é maior do que a energia que essa nucleossíntese produz, resultando em um final confuso para a estrela.
Em vez disso, esses elementos são formados em eventos energéticos, como quilonovas: temos evidências disso em GW170817, a histórica colisão de estrelas de nêutrons observada por telescópios em todo o mundo. Mas esses eventos são raros e, portanto, bastante misteriosos. Vimos poucas fusões de estrelas de nêutrons e nunca antes encontramos um sistema destinado a se tornar um.
Entre em um sistema binário chamado CPD-29 2176, composto por uma estrela de nêutrons e um tipo de estrela azul massiva chamada estrela Be, localizada a cerca de 11.400 anos-luz da Terra. As estrelas Be têm características em sua luz que indicam a presença de material ao seu redor na forma de um disco.
Frequentemente também aparecem em sistemas binários com estrelas de nêutrons, emitindo raios-X quando a estrela de nêutrons passa pelo disco ao redor da estrela Be.
Quando um flash brilhante de raios X foi observado na mesma parte do céu que a estrela Be em CPD-29 2176, os astrônomos Noel Richardson e Clarissa Pavao, da Embry-Riddle Aeronautical University, observaram mais de perto, identificando uma porção de luz não emitido pela estrela Be. Essa foi a estrela de nêutrons.
Eles também foram capazes de calcular a órbita do binário. E foi aqui que as coisas ficaram interessantes. Porque essa órbita era extraordinariamente circular, ao contrário das órbitas mais elípticas geralmente vistas em tais binários.
Esta foi a prova cabal que levou os pesquisadores a concluir que a estrela de nêutrons nasceu em uma supernova “fracassada” – também conhecida como supernova ultradespojada.
Normalmente, quando uma estrela massiva se transforma em supernova, ela explode seu material externo em uma explosão espetacular, enquanto o núcleo restante se transforma em uma estrela de nêutrons – um objeto ultradenso com até 2,4 vezes a massa do Sol, compactado em uma esfera 20 quilômetros (12 milhas) de diâmetro.
Em uma supernova ultradespojada, não há material externo suficiente para explodir no espaço. Em vez disso, o núcleo desmorona com pouco alarde. Este parece ter sido o caso do CPD-29 2176.
“A estrela estava tão esgotada que a explosão nem sequer teve energia suficiente para chutar a órbita para a forma elíptica mais típica vista em binários semelhantes,” diz Richardson.
Então, para onde foi todo esse material? Quando a estrela de nêutrons chegou ao fim de sua vida, ela ficou inchada, colocando seu envelope externo dentro do alcance gravitacional da estrela Be, que a engoliu. No momento em que a estrela entrou em colapso em uma estrela de nêutrons, ela havia sido totalmente despojada, privando-a do material que, de outra forma, teria gerado fogos de artifício de supernova.
Eventualmente, a estrela Be também terminará sua vida como uma estrela de nêutrons, resultando em uma estrela binária de nêutrons na órbita decadente que um dia produzirá uma colisão de estrela de nêutrons, as duas se fundindo para produzir uma estrela de nêutrons maior ou um buraco negro.
“A atual estrela de nêutrons teria que se formar sem ejetar sua companheira do sistema. Uma supernova ultradespojada é a melhor explicação para o porquê dessas estrelas companheiras estarem em uma órbita tão apertada”, diz Richardson.
“Para um dia criar uma kilonova, a outra estrela também precisaria explodir como uma supernova ultradespojada, para que as duas estrelas de nêutrons pudessem eventualmente colidir e se fundir”.
Esse dia está muito longe, no entanto. A estrela Be ainda tem pelo menos um milhão de anos antes de sua inevitável transformação. E a lenta inspiração para a eventual fusão pode levar mais milhões. Mas, com a identificação do CPD-29 2176, os astrônomos têm uma nova peça do quebra-cabeça, que pode ajudar a identificar outros sistemas semelhantes entre os bilhões de estrelas da Via Láctea.
“Este sistema revela que algumas estrelas de nêutrons são formadas apenas com um pequeno chute de supernova”, diz Richardson.
“Ao entendermos a crescente população de sistemas como o CPD-29 2176, obteremos informações sobre o quão calmas podem ser algumas mortes estelares e se essas estrelas podem morrer sem as supernovas tradicionais.”
Publicado em 11/02/2023 16h45
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