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 rara descoberta estelar revelada através de observações do telescópio espacial Hubble na faixa ultravioleta do carbono na atmosfera quente da estrela.
Anãs-brancas são os núcleos densos que restam quando estrelas esgotam seu combustível e colapsam. Elas são brasas estelares do tamanho da Terra, pesando tipicamente metade da massa do Sol, compostas de núcleos de carbono e oxigênio com camadas superficiais de hélio e hidrogênio. Embora as anãs-brancas sejam comuns no universo, aquelas com massa excepcionalmente alta (mais do que 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, 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 não é totalmente compreendida.
Essa anã-branca poderia se formar a partir do colapso de uma estrela massiva. No entanto, dados ultravioletas do telescópio espacial Hubble revelaram que WD 0525+526 possui pequenas quantidades de carbono surgindo de seu núcleo em sua atmosfera rica em hidrogênio — sugerindo que essa 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 ordinária,” disse a primeira autora Dr. Snehalata Sahu, pesquisadora da Universidade de Warwick. “No entanto, através de observações ultravioleta obtidas com o Hubble, conseguimos detectar assinaturas de carbono fracas que não eram visíveis nos telescópios ópticos.”
“Encontrar pequenas quantidades de carbono na atmosfera é um sinal claro de que esta massiva anã-branca provavelmente é um remanescente de uma fusão entre duas estrelas colidindo. Isso também nos diz que pode haver muitos mais remanescentes de fusão como esse se passando por anãs-brancas de atmosfera puramente hidrogênio. Apenas observações ultravioleta seriam capazes de revelá-los.”
Normalmente, hidrogênio e hélio formam uma camada densa em forma de barreira ao redor do núcleo de uma anã-branca, ocultando elementos como carbono. 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 possui uma camada muito fina que não impede mais o carbono de alcançar a superfície — isso é exatamente o que se encontra 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 em anãs-brancas típicas. Acreditamos que essas camadas foram removidas na fusão, e isso agora permite que o carbono apareça na superfície.”
“Mas esse remanescente também é incomum: ele possui cerca de 100.000 vezes menos carbono em sua superfície em comparação com outros remanescentes de fusão. 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 encontrados anteriormente. Esta descoberta nos ajuda a entender melhor o destino de sistemas estelares binários, o que é crítico para fenômenos relacionados, como explosões de supernova.”
Adicionando ao mistério está como o carbono chega à superfície desta estrela muito mais quente. Os outros remanescentes de fusão estão mais avançados em sua evolução e frios 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 precocemente, 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 acaba de completar 35 anos, e embora ainda esteja funcionando bem, é muito importante que comecemos a planejar um novo telescópio espacial que eventualmente o substitua.”
À medida que WD 0525+526 continua a evoluir e esfriar, espera-se que mais carbono surja em sua superfície ao longo do tempo. Por enquanto, seu brilho ultravioleta oferece um raro vislumbre da fase mais inicial do que resta de uma fusão estelar — e uma nova referência de como as estrelas binárias terminam suas vidas.
