Pesquisa aprofunda conhecimento sobre a “dança” das estrelas duplas

Astrofísica | Estudo cria novos modelos e contribui para o entendimento da evolução das estrelas duplas e anãs brancas de baixa massa

*Foto: Representação artística de um sistema binário com uma estrela semelhante ao Sol (à esquerda) perdendo matéria para a companheira estrela de nêutrons (à direita). Após a transferência de massa, a estrela doadora se tornará uma anã branca de massa extremamente baixa (Dana Berry/NASA Goddard Space Flight Center)

Ao olharmos para o céu em uma noite estrelada, muitas vezes não imaginamos que a mesma região em que enxergamos apenas uma ou duas estrelas espaçadas pode conter muitas mais ao redor. Assim como os planetas orbitam o Sol devido à atração gravitacional, as estrelas duplas ou binárias são sistemas de duas estrelas que se orbitam devido a essa força. Em artigo publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, o doutor em Astrofísica pela UFRGS Leonardo Taynô Tosetto Soethe, com orientação do professor Kepler de Souza Oliveira Filho, apresentou novas sequências de modelos evolutivos que aprofundam o entendimento sobre a evolução das estrelas duplas e anãs brancas Estrelas mortas que não possuem reação nuclear de massa extremamente baixa. A nova fórmula para o tratamento do freamento magnético inclui detalhes sobre a intensidade do campo magnético, a rotação, o raio, a estrutura interna e a massa da estrela que perde matéria, apresentando resultados teóricos em maior conformidade com o que se observa nas anãs brancas de baixíssima massa.

“Quando utilizamos um telescópio para observar uma estrela binária, vamos ver um movimento, uma ‘dança’, as duas estrelas girando uma ao redor da outra, mas essa dança contém muitas facetas ainda pouco conhecidas. Por isso que, em termos de divulgação científica, resolvi chamar a minha pesquisa de ‘misteriosa dança das estrelas’”, explica o pesquisador. A grande maioria das estrelas tem massa semelhante à do Sol, portanto são estrelas de baixa massa, que, ao longo da sua existência, tornam-se cada vez maiores e atingem a fase de gigante vermelha Estrela de massa baixa em uma fase tardia da evolução estelar . Ao final da sua evolução, elas entram na fase de anã branca, ditas “estrelas mortas”, já que não possuem mais geração de energia por meio de reação nuclear.

O estudo

Em um sistema binário, as estrelas vão se aproximando ao longo do tempo, e essa aproximação vai se dar pela perda de energia relacionada ao sistema binário como um todo (chamada de perda de momento angular), causada pelo freamento magnético – um mecanismo que consome grande quantidade de energia orbital do sistema, principalmente nos estágios iniciais da evolução. A receita para quantificar o freamento magnético nesse tipo de estrela nunca foi bem estabelecida na literatura. O maior desafio da área é saber se os resultados da teoria vão ser compatíveis com o que se observa na natureza; isso pode ser avaliado em diversos aspectos, como a massa inicial e final das estrelas, o período orbital Quanto tempo o sistema demora para completar uma órbita , a luminosidade, a temperatura e a quantidade de sistemas de cada classe que são gerados a partir de determinadas condições iniciais. 

Conforme explica Leonardo, na questão do freamento magnético, mesmo em trabalhos recentes, sempre houve grandes dificuldades para conciliar o que já se tem na literatura com as observações astronômicas que medem o período orbital desses sistemas. Nos modelos usados anteriormente, era necessário o chamado ajuste fino, que é “quando se tem uma amostra observacional que só pode ser explicada se determinados parâmetros forem ajustados com uma precisão muito grande, ou seja, com muitas casas depois da vírgula”. Nesses modelos, os parâmetros precisavam ser muito bem escolhidos para que fossem compatíveis com o que estava sendo observado na natureza – o que não é o esperado.

Tentando resolver esse problema, o pesquisador partiu dos melhores modelos da evolução de anãs brancas de baixíssima massa em sistemas binários já existentes na literatura. Ele acrescentou, então, uma receita para o freamento magnético que foi descrita recentemente na literatura, mas que não estava direcionada ao tipo de estrelas que ele estava interessado em estudar. “Então eu juntei essas duas coisas e o que eu fiz foi aplicar essa nova receita do freamento magnético para a formação de anãs brancas de baixíssima massa em sistemas binários.” As centenas de sequências de modelos evolutivos criadas por Leonardo indicam que o ajuste fino não é mais necessário, porque a fórmula dá conta de descrever de forma precisa os sistemas observados.

“Nós conseguimos resolver um grande problema que era justamente o do ajuste fino no período orbital inicial da formação desse tipo de sistema. Com isso eu quero dizer o seguinte: agora é possível descrever e explicar todos esses sistemas observados a partir de uma variação muito grande de parâmetros iniciais nas simulações. Isso é muito mais razoável, fisicamente falando, quando comparado ao que se tinha na literatura até então”

Leonardo Soethe

De acordo com o pesquisador, essa contribuição só é possível graças ao poder computacional que permite que os dados sejam processados e que, no caso desta pesquisa, seja possível fazer centenas de simulações da evolução de uma grande quantidade de tipos de estrelas. “Tudo isso o software é capaz de simular, criando milhares de modelos representativos através de todas as etapas da evolução estelar, desde o nascimento de uma estrela no sistema binário, passando pela etapa de transferência de massa, até o final, que é o esfriamento de uma anã branca”, explica. “Muito embora o poder de computação precise dar passos muito grandes para que a gente possa processar tudo de forma ainda mais rápida, o que nós temos hoje já é bastante incrível, pois fazemos em uma tarde o que, há 50 anos, levava um ano para ser feito”, comemora.

Em 2021, Leonardo apresentou os resultados da pesquisa na Mostra da Pós-Graduação do Instituto de Física