A estrela híbrida bizarra de Thorne Żytkow foi finalmente descoberta!

O que acontece quando uma supergigante vermelha (à esquerda) se funde com uma estrela de nêutrons (à direita) ? Uma raríssima estrela OTZ se forma

Os astrônomos detectaram uma raríssima estrela pertencente a uma classe “teórica” proposta pela primeira vez há décadas (1975) pelo físico Kip Thorne e pela astrônoma Anna Żytkow. Um objeto Thorne-Żytkow (OTŻ) é um corpo estelar híbrido composto, resultante da fusão de uma supergigante vermelha com uma estrela de nêutrons. Os OTZs parecem, superficialmente, com supergigantes vermelhas normais (como a Betelgeuse na constelação de Órion). Entretanto, as estrelas OTZs diferem das supergigantes vermelhas normais pois sua assinatura química resulta da atividade única do seu núcleo híbrido estelar.

Telescópios de Magalhães em Las Campanas, Chile.
Crédito: Kathryn Neugent

Os cientistas estimam que as estrelas OTŻs são formadas pela interação entre dois objetos massivos (uma supergigante vermelha e uma estrela de nêutrons formada previamente por uma explosão de supernova) dentro de um sistema “binário de contato” [1]. Embora o mecanismo exato de interação ainda seja desconhecido, a teoria atualmente mais aceita sugere que durante a interação evolucionária das duas estrelas, a mais massiva supergigante vermelha, essencialmente absorve (“engole”) a estrela de nêutrons, a qual espirala até incorporar-se ao núcleo da supergigante.

Embora uma supergigante vermelha normal obtenha sua energia através da nucleossíntese que ocorre em seus núcleo, uma estrela OTŻ é também energizada pela atividade incomum da estrela de nêutrons incorporada ao seu núcleo. Assim, a descoberta deste OTŻ fornece a evidência de um modelo híbrido de interior estelar sem precedentes.

A líder do projeto, Emily Levesque da Universidade do Colorado em Boulder, EUA, que no início deste ano recebeu o Prêmio Annie Jump Cannon da Sociedade Astronômica Americana, afirmou:

O estudo destes objetos é excitante pois representa um modelo completamente novo de como os interiores estelares podem trabalhar. Nestes interiores também temos um novo método de produzir elementos pesados no nosso Universo. Você já ouviu dizer que tudo é feito de ‘matéria das estrelas’. Agora, dentro destas estrelas [OTZs], podemos ter uma nova maneira se de contruir uma parte desta matéria.

O estudo, publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters, tem a coautoria de Philip Massey, membro do Observatório Lowell em Flagstaff, Arizona, EUA, de Anna Żytkow, Universidade de Cambridge, Reino Unido e de Nidia Morrell, Observatórios Carnegie,La Serena, Chile.

Os astrônomos fizeram a sua descoberta com o Telescópio Clay Magalhães de 6,5 metros em Las Campanas, Chile. Eles estavam examinando o espectro da luz emitida por supergigantes vermelhas, que informou quais os elementos estão presentes nos objetos estudados. No entanto, quando observaram o espectro de uma estrela em particular, a HV 2112, na Pequena Nuvem de Magalhães, os astrônomos foram surpreendidos pelas características anômalas. Morrell exclamou:

Eu não sei o que é isto, mas sei que gosto disto!

Quando Levesque e colegas deram uma olhada nos detalhes das linhas sutis no espectro, eles descobriram que continha um excesso de rubídio, lítio e molibdénio. Sabemos que pesquisas anteriores mostraram que os processos estelares normais conseguem criar cada um destes elementos. No entanto, as altas abundâncias destes três elementos químicos nas temperaturas típicas das supergigantes vermelhas representam assinatura única das estrelas OTŻs.

Żytkow, autora da teoria, décadas atrás, destacou:

Estou muito feliz que a confirmação observacional da nossa previsão teórica começou a surgir. Desde que Kip Thorne e eu propusemos os nossos modelos de estrelas com núcleos de nêutrons, as pessoas não foram capazes de refutar o nosso trabalho. Se a teoria é boa, a confirmação observacional aparece mais cedo ou mais tarde. Para isso acontecer foi uma questão de identificar um grupo promissor de estrelas, obter tempo de telescópio e prosseguir com o projeto.

O time de cientistas tem a cautela de ressaltar que o objeto HV 2112 apresenta algumas características químicas que não combinam exatamente com os modelos teóricos antigos. Massey, no entanto, explicou:

Poderíamos, é claro, estar errados. Existem certas pequenas inconsistências entre alguns dos detalhes que encontramos e o que a teoria prevê. Mas as previsões teóricas são bastante antigas e uma série de melhorias na teoria tem evoluído desde então. Esperamos que nossa descoberta estimule novos trabalhos no lado teórico.

Diagrama de um OTZ (Objeto Thorne-Zytkow). Uma estrela de nêutrons em um sistema binário de contato se funde com a sua companheira supergigante vermelha e afunda para seu centro. Após a fusão a estrela apresenta uma convecção total entre seu núcleo base e suas camadas externas. A convecção carrega hidrogênio das camadas exteriores para as regiões próximas do núcleo e leva o material pesado para as camadas externas. O processo de permuta prossegue por milhares de anos.

Os cientistas escreveram no abstract:

Objetos Thorne-Zytkow (OTZ) são uma classe teórica de estrelas em que uma estrela de nêutrons é cercada por uma camada grande e difusa [de matéria]. Está previsto que as supergigantes OTZs sejam quase idênticas em aparência as supergigantes vermelhas (RSGs – Red Super Giants, em inglês). As melhores características que podem ser usadas ​​no momento para distinguir as OTZs da população geral de RSGs são a presença incomum e forte de elementos pesados e linhas de Li [Lítio] em seus espectros, produtos da convecção da estrela que liga a fotosfera com a região de queima extraordinariamente quente nas proximidades do núcleo estelar de nêutrons [oriundo da estrela de nêutrons absorvida]. Aqui apresentamos a nossa descoberta de um candidato a OTZ na Pequena Nuvem de Magalhães. É a primeira estrela a exibir o perfil químico característico de melhorias por elementos anômalos, julgados como sendo exclusivos para OTZ. A detecção positiva de um OTZ irá fornecer a primeira evidência direta de um modelo completamente novo de interiores estelares, um destino previsto teoricamente para os sistemas binários massivos e processos de nucleossíntese nunca antes vistos, os quais oferecem um novo canal para a produção de Lítio e elementos pesados em nosso Universo.

Nota

[1] Em astronomia denomina-se binária de contato a uma estrela binária cujas componentes estão tão próximas que enchem seus lóbulos de Roche, chegando a tocar-se ou a fundir-se de maneira que compartilham a sua capa exterior de gás. Um sistema binário onde ambos seus componentes compartilham as capas exteriores pode chamar-se “binária de sobrecontacto” (overcontact binary, em inglês).

Fonte

Astronomers Discover First Thorne-Żytkow Object, a Bizarre Type of Hybrid Star

Artigo Científico

Arxiv.org: Discovery of a Thorne-Zytkow object candidate in the Small Magellanic Cloud

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