Nota de Imprensa

O beijo final de duas estrelas que se aproximam da catástrofe

O VLT descobre o mais quente e mais massivo binário de estrelas em contacto

21 de Outubro de 2015

Com o auxílio do Very Large Telescope do ESO, uma equipa internacional de astrónomos descobriu a estrela dupla mais quente e mais massiva, com as duas componentes tão próximas que tocam uma na outra. As duas estrelas no sistema extremo VFTS 352 podem estar a dirigir-se para um final dramático, no qual fusionam para formar uma única estrela gigante ou então dão origem um buraco negro binário.

O sistema de estrela dupla VFTS 352 situa-se a cerca de 160 000 anos-luz de distância na Nebulosa da Tarântula [1]. Esta região extraordinária é a maternidade de estrelas jovens mais ativa no Universo próximo. Novas observações do VLT do ESO [2] revelaram que este par de estrelas jovens se encontra entre os mais extremos e estranhos alguma vez descoberto.

O VFTS 352 é composto por duas estrelas muito quentes, brilhantes e massivas que orbitam uma em torno da outra com um período pouco maior que um dia. Os centros das estrelas estão separados de apenas 12 milhões de quilómetros [3]. De facto, as estrelas estão tão próximas que as suas superfícies se sobrepõem, tendo-se formado uma ponte entre elas. O VFTS 352 não é apenas o binário mais massivo conhecido desta pequena classe de “binários em contacto” — tem uma massa combinada de cerca de 57 vezes a massa solar — mas também contém as componentes mais quentes — com temperaturas efetivas de cerca de 40 000º Celsius.

As estrelas extremas como as duas componentes do VFTS 352 desempenham um papel fundamental na evolução das galáxias e pensa-se que serão as principais produtoras de elementos como o oxigénio. Tais estrelas duplas estão também associadas ao comportamento exótico de “estrelas vampiras”, onde uma estrela companheira mais pequena “chupa” matéria da superfície da sua vizinha maior (eso1230).

No entanto, e no caso do VFTS 352, as duas estrelas do sistema têm quase o mesmo tamanho. A matéria não é por isso chupada de uma para a outra, mas sim partilhada [4]. Estima-se que as estrelas do VFTS 352 estejam a partilhar cerca de 30% da sua matéria.

Este tipo de sistemas é muito raro, já que esta fase da vida das estrelas é muito curta e por isso é difícil encontrá-las nesta altura das suas vidas. Como as estrelas estão tão próximo uma da outra, os astrónomos pensam que as fortes forças de maré fazem com que haja uma maior mistura de material nos seus interiores.

“O VFTS 352 é o melhor caso descoberto até à data de uma estrela dupla quente e massiva que pode ter este tipo de mistura interna,” explica o autor principal do trabalho Leonardo A. Almeida, da Universidade de São Paulo, Brasil. “Como tal, esta é uma descoberta importante e fascinante.”

Os astrónomos prevêem que o VFTS 352 sofrerá um fim cataclísmico, fim esse com duas possibilidades diferentes. A primeira possibilidade será a fusão das duas estrelas, que muito provavelmente dará origem a uma rotação rápida, e possivelmente a uma única estrela magnética gigante. “Se o objeto continuar a rodar rapidamente, poderá terminar a sua vida numa das explosões mais energéticas do Universo, uma explosão de raios gama de longa duração,” diz o cientista principal do projeto Hugues Sana, da Universidade de Leuven, Bélgica [5].

A segunda possibilidade é explicada pela astrofísica teórica da equipa, Selma de Mink da Universidade de Amesterdão, Holanda: “Se as estrelas estiverem bem misturadas entre si, ambas permanecerão objetos compactos e o sistema VFTS 352 poderá evitar a fusão. Este efeito levará os objetos a outro caminho de evolução completamente diferente das predições da evolução estelar clássica. No caso do VFTS 352, as componentes acabarão as suas vidas em explosões de supernova, formando um sistema binário de buracos negros próximos. Um tal objeto seria uma intensa fonte de ondas gravitacionais.”

Comprovar a existência deste segundo caminho evolucionário [6] seria um grande avanço observacional no campo da astrofísica estelar. No entanto, independentemente do fim do VFTS 352, este sistema já deu aos astrónomos importantes pistas sobre os processos de evolução pouco conhecidos de sistemas binários com estrelas massivas em contacto.

Notas

[1] O nome desta estrela indica que foi observada no âmbito do rastreio da Tarântula VLT FLAMES, o qual tirou partido dos instrumentos FLAMES e GIRAFFE montados no Very Large Telescope do ESO (VLT) para estudar mais de 900 estrelas na região 30 Doradus da  Grande Nuvem de Magalhães. O rastreio já levou a muitas descobertas importantes e excitantes, incluindo a estrela em mais rápida rotação (eso1147), uma estrela ”fugitiva” extremamente massiva e uma estrela solitária muito massiva (eso1117). O rastreio está a ajudar a compreender melhor como é que as estrelas massivas são afetadas pela rotação, binaridade  e dinâmica em enxames estelares densos.

[2] Este estudo usa também medições de brilho do VFTS 352 obtidas durante um período de 12 anos, executadas no âmbito do rastreio OGLE.

[3] Ambas as componentes estão classificadas como estrelas do tipo O. Tais estrelas têm tipicamente entre 15 a 80 vezes mais massa que o Sol e podem brilhar até um milhão de vezes mais. São estrelas tão quentes que brilham com uma luz azul-esbranquiçada e têm temperaturas efetivas de cerca de 30 000º Celsius.

[4] Estas regiões em torno das estrelas são conhecidas por lóbulos de Roche. Num binário em contacto como o VFTS 352 ambas as estrelas enchem o seu lóbulo de Roche.

[5] Estas explosões de raios gama são altamente energéticas e podem ser detectadas por satélites em órbita. São de dois tipos — de curta duração (menor que alguns segundos) e de longa duração (maior que alguns segundos). As explosões de longa duração são mais comuns e pensa-se que marquem a morte de estrelas massivas e que estejam associadas a uma classe de explosões de supernova muito energéticas.

[6] Previstas pela teoria da relatividade geral de Einstein, as ondas gravitacionais são ondas no espaço-tempo. Quantidades significativas de ondas gravitacionais são geradas sempre que há variações extremas com o tempo de campos gravitacionais fortes, tal como a fusão de dois buracos negros.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “Discovery of the massive overcontact binary VFTS 352: Evidence for enhanced internal mixing”, de L. Almeida et al., publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal.

A equipa é composta por L.A. Almeida (Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, EUA; Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, Brasil), H. Sana (STScI, Baltimore, Maryland, EUA; KU Leuven, Bélgica), S.E. de Mink (Universidade de Amesterdão, Holanda), F. Tramper (Universidade de Amesterdão, Holanda), I. Soszynski (Observatório da Universidade de Varsóvia, Polónia), N. Langer (Universität Bonn, Alemanha), R.H. Barbá (Universidad de La Serena, Chile), M. Cantiello (University of California, Santa Barbara, EUA), A. Damineli (Universidade de São Paulo, Brasil), A. de Koter (Universidade de Amesterdão, Holanda; Universiteit Leuven, Bélgica), M. Garcia (Centro de Astrobiologa (INTA-CSIC), Espanha), G. Gräfener (Armagh Observatory, RU), A. Herrero (Instituto de Astrofisica de Canarias, Espanha; Universidad de La Laguna, Espanha), I. Howarth (University College London, RU), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiologa (INTA-CSIC), Espanha), C. Norman (Johns Hopkins University, EUA), O.H. Ramírez-Agudelo (Universidade de Amesterdão, Holanda) e J.S. Vink (Armagh Observatory, RU).

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é  financiado por 16 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, assim como pelo Chile, o país de acolhimento. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio. O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é um parceiro principal no ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o European Extremely Large Telescope (E-ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

Links

• Artigo científico publicado no Astrophysical Journal
• Preprint gratuito do artigo científico
• Fotografias do VLT

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1540, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.