Estrela anã branca se transforma em um “diamante cósmico”

Um artigo aceito para publicação pela Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e disponível no servidor de pré-impressão arXiv detalha a descoberta de uma estrela anã branca entrando na fase de cristalização, transformando-se em uma espécie de “diamante cósmico”. De acordo com a pesquisa, conduzida por uma equipe internacional de astrônomos, isso acontece à medida que esse tipo de estrela morta esfria. 

Os cientistas detectaram a anã branca composta principalmente de carbono e oxigênio metálico a apenas 104 anos-luz de distância da Terra. Segundo o estudo, o perfil de temperatura-massa sugere que o centro da estrela está se tornando denso e duro.

“Neste trabalho, apresentamos a descoberta de um novo sistema quádruplo semelhante ao Sirius a 32 parsecs de distância, composto por uma anã branca cristalizante companheira do 190412 triplo HD anteriormente conhecido”, relata a equipe liderada por Alexander Venner, da Universidade do Sul de Queensland, na Austrália.

“Em virtude de sua associação com esses companheiros da sequência principal, esta é a primeira anã branca cristalizante cuja idade total pode ser restringida externamente, um fato que usamos tentando medir empiricamente um atraso de resfriamento causado pela cristalização do núcleo na anã branca”, disse Venner.

O que é uma estrela anã branca

Cada estrela existente no céu, brilhando intensamente com a luz gerada pela fusão atômica, um dia acaba ficando sem combustível e evoluindo para algo novo. Para a maioria delas – como o Sol e aquelas com até cerca de oito vezes sua massa – esse “algo” é uma anã branca.

Quando o combustível acaba, o material externo da estrela é ejetado no espaço circundante, e o núcleo, não mais suportado pela pressão externa gerada pela fusão, entra em colapso em um objeto ultradenso, mais ou menos do tamanho da Terra, mas com massa de até 1,4 sóis.

Quando acaba o combustível de uma estrela anã branca, seu núcleo entra em colapso em um objeto cristalizado ultradenso, como um diamante, mais ou menos do tamanho da Terra, mas com massa de até 1,4 sóis. Créditos: Juergen Faelchle/Jirik V/Shutterstock. Edição: Olhar Digital

A matéria nas estrelas anãs brancas é altamente comprimida, mas é impedida de colapsar ainda mais em razão da pressão de degeneração de elétrons. Nenhum elétron pode ocupar estados idênticos, o que impede que a anã branca se torne ainda mais densa, como acontece em uma estrela de nêutrons ou buraco negro.

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Embora sejam fracas, as estrelas anãs brancas ainda brilham com calor residual. Com o tempo, elas esfriam e evoluem para estrelas anãs negras quando perdem todo o calor e se tornam um pedaço frio de carbono cristalizado.

Cálculos sugerem que esse processo leva em torno de um quatrilhão de anos. Como o Universo tem apenas cerca de 13,8 bilhões de anos, os cientistas não esperam enxergar uma anã negra tão cedo. O que eles podem fazer é identificar os sinais de cristalização a partir dos núcleos das anãs brancas observadas.

Durante a cristalização, os átomos de carbono e oxigênio dentro da anã branca param de se mover livremente e formam ligações, organizando-se em uma rede cristalina. A energia é liberada durante esse processo, que se dissipa na forma de calor. Isso produz uma espécie de platô ou desaceleração no resfriamento da estrela, que pode ser identificado em sua cor e brilho, fazendo com que ela pareça mais jovem do que realmente é.

Missão Gaia ajuda a localizar sistemas estelares na Via Láctea

Para medir com precisão o brilho de uma estrela, é preciso saber exatamente a que distância ela está, algo que se tornou muito mais fácil nos últimos anos devido ao mapeamento estelar de alta precisão da Via Láctea realizado pela missão Gaia, da Agência Espacial Europeia (ESA). Isso significa que agora é possível identificar anãs brancas cristalizantes com muito mais certeza.

Venner e sua equipe estavam usando esses dados para localizar sistemas estelares diversos, identificando estrelas cuja associação com outras pode não ter sido clara, quando viram que uma estrela anã branca estava gravitacionalmente ligada ao que se pensava ser um sistema triplo chamado HD 190412.

Além de descobrirem a anã branca, agora denominada HD 190412 C, que faz do trigêmeo agora um quadrigêmeo, os pesquisadores identificaram que as propriedades da estrela indicam um processo de cristalização.

Cientistas calcularam com precisão a idade da estrela HD 190412 C – algo que nunca havia sido feito antes para uma anã branca cristalizante conhecida. Crédito: Nazarii_Neshcherenskyi – Shutterstock

É ou não é um “diamante cósmico”?

Enquanto a densidade das anãs brancas é de mais de um milhão de quilos por metro cúbico, a do diamante é de cerca de 3,5 mil quilos por metro cúbico, por isso não se pode afirmar que o núcleo dessa estrela esteja realmente se tornando um diamante.

A idade do sistema é de cerca de 7,3 bilhões de anos, e suas estrelas anteriormente conhecidas permitiram que a equipe calculasse externamente a idade da anã branca – algo que nunca havia sido feito antes para uma anã branca cristalizante conhecida.

Os pesquisadores determinaram que ela pode ter cerca de 4,2 bilhões de anos. Segundo eles, a discrepância de 3,1 bilhões de anos sugere que a taxa de cristalização reduziu a taxa de resfriamento da anã branca em aproximadamente um bilhão de anos.

A datação, por si só, não é suficiente para alterar os modelos de cristalização de anãs brancas conhecidos, mas essa descoberta e sua proximidade com a Terra indicam que pode haver muito mais sistemas desse tipo por aí que podem ser explorados para analisar esse fascinante processo.

“Concluímos que a descoberta do sistema de 190412 HD abriu um novo caminho para a compreensão das anãs brancas cristalizantes”, diz o artigo.

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