Astrônomos da Universidade de Warwick descobriram evidências convincentes de que uma anã branca próxima é, na verdade, o remanescente da fusão de duas estrelas — uma descoberta estelar rara revelada através de observações ultravioleta do Telescópio Espacial Hubble sobre o carbono na atmosfera quente da estrela.
Anãs brancas são os núcleos densos que restam quando as estrelas esgotam seu combustível e colapsam. Elas são brasas estelares do tamanho da Terra, pesando tipicamente metade da massa do Sol, compostas por núcleos de carbono e oxigênio com camadas superficiais de hélio e hidrogênio. Embora anãs brancas sejam comuns no universo, aquelas com massa excepcionalmente alta (superando a do Sol) são raras e enigmáticas.
Em um artigo publicado em 6 de agosto na Nature Astronomy, os astrônomos de Warwick relatam suas investigações sobre uma anã branca de alta massa conhecida a 130 anos-luz de distância, chamada WD 0525+526. Com uma massa 20% maior que a do nosso Sol, WD 0525+526 é considerada “ultra-massiva”, e a origem dessa estrela ainda não é totalmente compreendida.
Uma anã branca desse tipo poderia se formar a partir do colapso de uma estrela massiva. No entanto, dados ultravioleta do Telescópio Espacial Hubble revelaram que WD 0525+526 possui pequenas quantidades de carbono ascendendo de seu núcleo para sua atmosfera rica em hidrogênio — sugerindo que esta anã branca não se originou de uma única estrela massiva.
“À luz óptica (o tipo de luz que vemos com nossos olhos), WD 0525+526 parece uma anã branca pesada, mas de outra forma comum”, disse a primeira autora Dra. Snehalata Sahu, pesquisadora na Universidade de Warwick. “No entanto, através das observações ultravioleta obtidas com o Hubble, pudemos detectar assinaturas de carbono fracas que não eram visíveis para telescópios ópticos.
“Encontrar pequenas quantidades de carbono na atmosfera é um sinal claro de que esta anã branca massiva é provavelmente o remanescente de uma fusão entre duas estrelas colidindo. Isso também nos diz que pode haver muitos outros remanescentes de fusões como este disfarçados de anãs brancas com atmosferas puras de hidrogênio. Apenas as observações ultravioleta poderiam revelá-los para nós.”
Normalmente, hidrogênio e hélio formam uma camada espessa ao redor do núcleo de uma anã branca, mantendo elementos como o carbono escondidos. Em uma fusão de duas estrelas, as camadas de hidrogênio e hélio podem queimar quase completamente à medida que as estrelas se combinam. A estrela resultante tem uma camada muito fina que não impede mais o carbono de alcançar a superfície — exatamente o que é encontrado em WD 0525+526.
Antoine Bédard, bolsista do Prêmio Warwick no grupo de Astronomia e Astrofísica de Warwick e co-primeiro autor, disse: “Medimos as camadas de hidrogênio e hélio para serem dez bilhões de vezes mais finas do que nas anãs brancas típicas. Acreditamos que essas camadas foram arrancadas na fusão, e isso agora permite que o carbono apareça na superfície.
“Mas esse remanescente também é incomum: possui cerca de 100.000 vezes menos carbono em sua superfície em comparação com outros remanescentes de fusões. O baixo nível de carbono, juntamente com a alta temperatura da estrela (quase quatro vezes mais quente que o Sol), nos diz que WD 0525+526 está muito mais cedo em sua evolução pós-fusão do que aqueles anteriormente encontrados. Essa descoberta ajuda a construir uma melhor compreensão do destino de sistemas estelares binários, o que é crítico para fenômenos relacionados, como explosões de supernovas.”
Adicionando ao mistério está como o carbono chega à superfície em uma estrela tão quente. Os outros remanescentes de fusões estão mais avançados em sua evolução e esfriaram o suficiente para que a convecção traga o carbono à superfície. Mas WD 0525+526 é quente demais para esse processo. Em vez disso, a equipe identificou uma forma mais sutil de mistura chamada semi-convecção, vista aqui pela primeira vez em uma anã branca. Esse processo permite que pequenas quantidades de carbono subam lentamente para a atmosfera rica em hidrogênio da estrela.
“Encontrar evidências claras de fusões em anãs brancas individuais é raro”, acrescentou o Professor Boris Gänsicke, do Departamento de Física da Universidade de Warwick, que obteve os dados do Hubble para este estudo. “Mas a espectroscopia ultravioleta nos dá a capacidade de detectar esses sinais cedo, quando o carbono ainda é invisível em comprimentos de onda ópticos. Como a atmosfera da Terra bloqueia a luz ultravioleta, essas observações devem ser realizadas no espaço, e atualmente apenas o Hubble pode fazer esse trabalho.
“O Hubble completou 35 anos, e embora ainda esteja funcionando bem, é muito importante que comecemos a planejar um novo telescópio espacial que eventualmente o substituirá.”
À medida que WD 0525+526 continua a evoluir e esfriar, espera-se que mais carbono emerja em sua superfície ao longo do tempo. Por enquanto, seu brilho ultravioleta oferece um vislumbre raro do estágio mais inicial do resultado de uma fusão estelar — e um novo parâmetro para como as estrelas binárias terminam suas vidas.
