Em astronomia, em termos gerais, existem dois tipos de objetos misteriosos: aqueles que vemos e não entendemos, e aqueles que prevemos a partir de nossas teorias, mas não temos certeza de como eles se parecem em um telescópio.
É um dia muito bom quando você pode apontar para uma classe de Objetos Misteriosos Observados e dizer que eles também são um dos Objetos Misteriosos Teoricamente Previstos. Informações do portal SYFY.
Então, vamos falar sobre estrelas Fonte de Água e estrelas Binárias de Envelope Comum.
Anos atrás, pesquisas infravermelhas do céu mostraram um tipo peculiar de estrela que era praticamente invisível à luz óptica – o tipo que vemos com nossos olhos – apesar de brilhar no infravermelho. Observações de telescópio de microondas dessas estrelas mostraram algo surpreendente: elas eram muito brilhantes em um comprimento de onda muito específico emitido por moléculas de água. De fato, a física de como eles emitem essa luz funciona da mesma maneira que um laser funciona, embora, como foram observados em comprimentos de onda de microondas, os chamamos de masers de água.
Juntos, isso implicava que havia uma estrela dentro de uma espessa nuvem de poeira, e a estrela estava soprando gás que interagia com a poeira, criando o maser. Como havia moléculas de água no gás em expansão, essas estrelas foram apelidadas de fontes de água.
Não está claro como eles se formam. Observações de alta resolução mostraram parte do material se movendo para fora em alta velocidade – mais de 100 quilômetros por segundo – provavelmente na forma de feixes estreitos e focados de material que os astrônomos chamam de jatos. No entanto, a maior parte do material era mais lenta, mais ou menos 20 km/s, e formava um toro, uma rosquinha, ao redor da estrela perpendicular aos jatos. Esse tipo de estrutura é visto em torno de muitas estrelas moribundas, o que é esperançoso; significa que parte da física aqui já é compreendida.
A sabedoria comum é que você precisa de estrelas relativamente massivas, geralmente 8 ou mais vezes a massa do Sol, perto do fim de suas vidas para produzir as condições necessárias para fazer fontes de água. Mas isso nunca havia sido confirmado observacionalmente. Para descobrir, uma equipe de astrônomos recorreu ao maravilhoso Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ou ALMA, no Chile, para observar 15 fontes de água, que variam de cerca de 7.000 a 14.000 anos-luz da Terra [link to paper]. O ALMA é sensível à luz emitida por moléculas de monóxido de carbono (CO), que são muito abundantes em torno de estrelas moribundas, e podem ser usadas para rastrear a estrutura próxima às estrelas, bem como entender algumas de suas características.
O que eles encontraram foi muito surpreendente. Como todos os elementos, carbono e oxigênio são definidos pelo número de prótons em seus núcleos, 6 e 8 respectivamente. Mas o número de nêutrons pode variar – os diferentes átomos como este de um único elemento são chamados de isótopos. Se você tiver diferentes isótopos de carbono e oxigênio em uma molécula de CO, eles emitirão luz em comprimentos de onda ligeiramente diferentes, e isso pode ser medido pelo ALMA.
O que os astrônomos descobriram é que a proporção de isótopos que eles viram não fazia sentido se as estrelas nas fontes de água fossem de alta massa. Eles teriam que se parecer com estrelas de carbono – gigantes vermelhas enormes com uma proporção muito maior de carbono do que de oxigênio – mas as estrelas de fonte de água observadas tinham muito oxigênio para serem estrelas de carbono. Além disso, essas estrelas teriam que perder grandes quantidades de massa para explicar as observações, muito mais do que uma única estrela poderia ejetar.
Mas se as estrelas fossem de baixa massa, elas precisariam ser ridiculamente luminosas para explicar a emissão da fonte de água. Paradoxo! A menos que… eles não sejam estrelas únicas.
Uma grande fração de todas as estrelas no céu estão em sistemas binários, duas estrelas orbitando uma à outra. Em alguns casos, os dois orbitam muito próximos, tão próximos que interagem. Eventualmente, uma das estrelas começará a morrer e se tornará uma gigante vermelha. Devido à maneira como a gravidade funciona em um sistema binário, ela só pode se expandir até o ponto em que o material começa a fluir para a outra estrela, um evento chamado transferência de massa. Isso pode fazer com que as duas estrelas se aproximem ainda mais, tanto que suas camadas externas se fundem, criando o que é chamado de envelope comum. Eles estão compartilhando suas atmosferas!
Embora essa situação seja inevitável em binários próximos, não se sabe muito sobre isso teoricamente porque as condições são muito complexas. Sabe-se que esse estágio não dura muito – alguns séculos ou mesmo algumas décadas – porque, à medida que as duas estrelas interagem, elas podem ejetar seu envelope em um enorme evento de perda de massa ou podem literalmente se fundir, tornando-se um única estrela.
Ambos os tipos de eventos foram vistos; o gloriosamente estranho e belo V838 Monocerotis é pensado para ser o resultado de duas estrelas que se fundem, por exemplo. Esses tipos de coisas podem criar muita poeira – longas moléculas de cadeias de carbono – que envolvem ambas as estrelas.
Além disso, durante este estágio de envelope comum extremamente breve, o material da estrela moribunda pode cair em direção à estrela companheira e formar um disco giratório em torno dela. Isso, junto com os campos magnéticos, pode focar feixes gêmeos de matéria que se movem para fora em alta velocidade e batem na nuvem de poeira ao redor deles.
Se isso soa familiar, sim, é assim que as fontes de água se formam. Não apenas isso, mas dados os modelos teóricos de como os binários de envelope comuns se formam e quanto tempo eles duram, os modelos podem ser usados para prever quantos esperamos que existam na galáxia a qualquer momento. A resposta? Uma dúzia ou mais. O mesmo número de estrelas de fonte de água que vemos.
E é por isso que esse novo trabalho é tão legal! Eles mostram que as estrelas de fonte de água são realmente de baixa massa, o que não era o que se pensava inicialmente, e também que as que vemos são muito provavelmente as poucas estrelas binárias de envelope comum que prevemos existir. Isso é um avanço bastante decente.
E isso mostra que eles têm um caso convincente de que alguns Objetos Misteriosos Observados são a mesma coisa que Objetos Misteriosos Teoricamente Previstos. Esse é um dia muito bom mesmo.
