Quando estrelas como o Sol chegam ao fim de suas vidas, o objeto que resta é uma anã branca. Este é o núcleo nu e encolhido da estrela, incapaz de fusão nuclear. Ele brilha, mas apenas com o calor residual, esfriando lentamente ao longo de bilhões de anos até ficar completamente frio e escuro.
Mas nem todas as anãs brancas esfriam da mesma maneira. No ano passado, os astrônomos descobriram que certo tipo de estrelas anãs brancas massivas resfriam mais lentamente do que outras, como se tivessem uma fonte adicional de calor. Mas descobrir o que poderia ser essa fonte de calor está sendo complicado.
Sabemos agora, graças a novas pesquisas, uma coisa que não é: a sedimentação, ou afundamento interno, de um isótopo estável de néon rico em nêutrons nas profundezas do interior das estrelas.
A maioria das estrelas da Via Láctea – aquelas abaixo de cerca de oito vezes a massa do Sol – estão destinadas a se tornarem estrelas anãs brancas.
Estrelas dessa massa, tendo esgotado o hidrogênio e o hélio para se fundir, têm pressão insuficiente para inflamar o carbono remanescente. Eles ejetam seu material externo, e o núcleo se contrai em uma esfera do tamanho da Terra.
Esta esfera do tamanho da Terra, consistindo principalmente de carbono e oxigênio, é incrivelmente densa, a mais massiva com cerca de 1,4 vezes a massa do Sol.
Apenas algo chamado pressão de degeneração de elétrons, uma pressão externa gerada pela incapacidade de elétrons com o mesmo spin ocuparem o mesmo estado, impede o colapso completo do núcleo.
Por serem tão densos, com uma área de superfície tão pequena, demoram muito para perder calor. Uma vez que o núcleo de uma anã branca para de se contrair, pode ultrapassar as temperaturas de cerca de 100.000 Kelvin (cerca de 100.000 graus Celsius e 180.000 graus Fahrenheit).
Os astrônomos acham que não se passou tempo suficiente desde o início do Universo para que uma anã branca esfriasse completamente.
Mas as chamadas estrelas anãs brancas do ramo Q, que constituem cerca de 6% das anãs brancas massivas, esfriam ainda mais lentamente do que isso. De acordo com um artigo de 2019 liderado pelo astrônomo Sihao Cheng, da Universidade Johns Hopkins, esta pequena fração de anãs brancas apresenta um atraso de resfriamento de cerca de 8 bilhões de anos, em comparação com outras anãs brancas.
Cheng e sua equipe sugeriram que um isótopo de neon, neon-22, que é encontrado em pequenas quantidades em algumas estrelas anãs brancas, pode ser responsável pelo aquecimento extra. Em anãs brancas com núcleos de carbono-oxigênio, o 22Ne afundando no centro poderia fornecer uma fonte adicional de calor.
Agora, uma equipe de astrônomos liderados por Matt Caplan, da Illinois State University, testou essa hipótese com simulações de dinâmica molecular e diagramas de fase. De acordo com suas descobertas, isso simplesmente não é possível.
Embora a taxa de sedimentação de cristais únicos seja provavelmente muito lenta para produzir o aquecimento observado, o agrupamento 22Ne poderia potencialmente acelerar o processo. Mesmo isso, no entanto, a equipe achou improvável.
Nas simulações, eles descobriram que os microcristais de 22Ne em um líquido de carbono e oxigênio nas proporções encontradas nas anãs brancas são sempre instáveis.
Existem apenas duas opções – ou a mistura é tão quente que o cristal derrete e o néon se dissolve no líquido, ou a mistura inteira congela. Não há ponto médio.
Mesmo quando a mistura está abaixo do ponto de fusão do neon, mas acima do ponto de fusão do carbono e do oxigênio, o neon se dissolve.
A equipe então usou diagramas de fase, um gráfico que mostra os estados físicos de uma substância sob uma gama de temperaturas e pressões, para calcular quanto neon seria necessário na mistura para que o neon se separe e se estabilize.
Normalmente, as anãs brancas de carbono-oxigênio têm cerca de 2% de neon. Para que o néon seja estável, essa mistura precisa conter pelo menos 30% de néon.
“Em resumo”, escreveram os pesquisadores em seu artigo, “descobrimos que não há condições em que um aglomerado enriquecido com 22Ne seja estável em uma anã branca de carbono-oxigênio e, portanto, a difusão aprimorada de 22Ne não pode explicar o ramo Q”.
Isso sugere que essas estrelas anãs brancas com ramos Q podem ter uma composição peculiar para explicar o aquecimento adicional.
Se as estrelas fossem um pouco mais ricas em neon – cerca de 6% – a sedimentação de uma única partícula, ao invés da sedimentação de aglomerados, poderia gerar calor. O sódio e o magnésio seriam maus candidatos; como o néon, eles não se separam para formar sólidos em quantidades relativamente pequenas.
Os elementos do grupo de ferro, entretanto, parecem um pouco mais promissores. O ferro se separa em uma mistura de carbono-oxigênio e apenas 0,1 por cento pode produzir aquecimento notável.
Se algum processo astrofísico pudesse enriquecer o ferro nas anãs brancas do ramo Q em 1 por cento, isso seria suficiente para atrasar o resfriamento em vários bilhões de anos, disseram os pesquisadores.
“Assim, este trabalho motiva a inclusão de ferro em modelos de resfriamento de anãs brancas”, escreveram eles. “Isso vai exigir novos diagramas de fase do ferro e um levantamento com a dinâmica molecular do aglomerado e os tamanhos característicos dos aglomerados de ferro, que serão objeto de trabalhos futuros.”
Publicado em 24/11/2020 20h24
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