Duas estrelas massivas em contato em uma galáxia vizinha estão a caminho de se tornarem buracos negros que acabarão colidindo, gerando ondas no tecido do espaço-tempo, de acordo com um novo estudo realizado por pesquisadores da UCL (University College London) e da Universidade de Potsdam.
O estudo, aceito para publicação na revista Astronomy & Astrophysics, analisou uma estrela binária conhecida (duas estrelas orbitando em torno de um centro de gravidade mútuo), analisando a luz das estrelas obtida de uma variedade de telescópios terrestres e espaciais.
Os pesquisadores descobriram que as estrelas, localizadas em uma galáxia anã vizinha chamada Pequena Nuvem de Magalhães, estão em contato parcial e trocando material umas com as outras, com uma estrela atualmente “alimentando” a outra. Eles orbitam um ao outro a cada três dias e são as estrelas em contato mais massivas (conhecidas como binárias de contato) já observadas.
Comparando os resultados de suas observações com modelos teóricos de evolução de estrelas binárias, eles descobriram que, no modelo mais adequado, a estrela que está sendo alimentada se tornará um buraco negro e se alimentará de sua estrela companheira. A estrela sobrevivente se tornará um buraco negro logo depois.
Esses buracos negros se formarão em apenas alguns milhões de anos, mas orbitarão um ao outro por bilhões de anos antes de colidirem com tanta força que gerarão ondas gravitacionais – ondulações no tecido do espaço-tempo – que teoricamente poderiam ser detectadas com instrumentos na Terra.
doutorado O estudante Matthew Rickard (UCL Physics & Astronomy), principal autor do estudo, disse: “Graças aos detectores de ondas gravitacionais Virgo e LIGO, dezenas de fusões de buracos negros foram detectadas nos últimos anos. estrelas que estão previstas para entrar em colapso em buracos negros desse tamanho e se fundir em uma escala de tempo menor ou até mesmo comparável à idade do universo.”
“Nosso modelo mais adequado sugere que essas estrelas se fundirão como buracos negros em 18 bilhões de anos. Encontrar estrelas neste caminho evolutivo tão perto de nossa galáxia, a Via Láctea, nos apresenta uma excelente oportunidade de aprender ainda mais sobre como esses binários de buracos negros se formam.”
Co-autor Daniel Pauli, Ph.D. estudante da Universidade de Potsdam, disse: “Esta estrela binária é o binário de contato mais massivo observado até agora. A estrela menor, mais brilhante e mais quente, 32 vezes a massa do Sol, está perdendo massa para sua companheira maior, que tem 55 vezes a massa do nosso Sol.”
Os buracos negros que os astrônomos veem se fundindo hoje se formaram bilhões de anos atrás, quando o universo tinha níveis mais baixos de ferro e outros elementos mais pesados. A proporção desses elementos pesados aumentou à medida que o universo envelheceu e isso torna as fusões de buracos negros menos prováveis. Isso ocorre porque as estrelas com maior proporção de elementos mais pesados têm ventos mais fortes e se separam mais cedo.
A bem estudada Pequena Nuvem de Magalhães, a cerca de 210.000 anos-luz da Terra, tem por uma peculiaridade da natureza cerca de um sétimo do ferro e outras abundâncias de metais pesados de nossa própria galáxia, a Via Láctea. A esse respeito, ele imita as condições do passado distante do universo. Mas, ao contrário das galáxias mais antigas e distantes, está perto o suficiente para os astrônomos medirem as propriedades de estrelas individuais e binárias.
Em seu estudo, os pesquisadores mediram diferentes faixas de luz provenientes da estrela binária (análise espectroscópica), usando dados obtidos em vários períodos de tempo por instrumentos no Telescópio Espacial Hubble (HST) da NASA e no Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) no ESO Very Large Telescope no Chile, entre outros telescópios, em comprimentos de onda que vão do ultravioleta ao óptico e ao infravermelho próximo.
Com esses dados, a equipe conseguiu calcular a velocidade radial das estrelas – ou seja, o movimento que elas fizeram em nossa direção ou distância -, bem como suas massas, brilho, temperatura e órbitas. Eles então combinaram esses parâmetros com o modelo evolutivo mais adequado.
Sua análise espectroscópica indicou que grande parte do envelope externo da estrela menor havia sido arrancada por sua companheira maior. Eles também observaram que o raio de ambas as estrelas excedia seu lóbulo de Roche – isto é, a região ao redor de uma estrela onde o material é gravitacionalmente ligado a essa estrela – confirmando que parte do material da estrela menor está transbordando e se transferindo para a estrela companheira.
Falando sobre a evolução futura das estrelas, Rickard explicou: “A estrela menor se tornará um buraco negro primeiro, em menos de 700.000 anos, por meio de uma explosão espetacular chamada supernova ou pode ser tão grande que colapsará em um buraco negro. buraco sem explosão externa.”
“Eles serão vizinhos inquietos por cerca de três milhões de anos antes que o primeiro buraco negro comece a agregar massa de seu companheiro, vingando-se de seu companheiro”.
Pauli, que conduziu o trabalho de modelagem, acrescentou: “Depois de apenas 200.000 anos, um instante em termos astronômicos, a estrela companheira também entrará em colapso em um buraco negro. Essas duas estrelas massivas continuarão a orbitar uma à outra, girando e girando a cada poucos dias por bilhões de anos.”
“Lentamente eles perderão essa energia orbital através da emissão de ondas gravitacionais até que eles orbitem um ao outro a cada poucos segundos, finalmente se fundindo em 18 bilhões de anos com uma enorme liberação de energia através de ondas gravitacionais.”
Publicado em 04/05/2023 20h09
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