VFTS 352: ESO revela o mais quente e mais massivo sistema binário de estrelas em contato

http://www.eso.org/public/images/eso1540a/

Esta concepção artística mostra VFTS 352 — o sistema binário mais quente e mais massivo descoberto até hoje onde as duas componentes estão em contato, compartilhando material. As duas estrelas deste sistema extremo, que se situa a cerca de 160 000 anos-luz de distância na Grande Nuvem de Magalhães, podem estar rumo a um final dramático, no qual se fundirão para formar uma única estrela gigante ou então dar origem a um buraco negro binário. Créditos: ESO/L. Calçada

Com o auxílio do Very Large Telescope do ESO, uma equipe internacional de astrônomos 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 indo rumo a um final dramático, no qual se fundirão para formar uma única estrela gigante ou então dar origem um sistema binário de buracos negros.

O sistema estelar duplo 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 já descoberto.

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 quilômetros [3]. De fato, as estrelas estão tão próximas que as suas superfícies se sobrepõem, tendo-se formado uma ponte entre elas. VFTS 352 não é apenas o sistema binário mais massivo conhecido desta pequena classe de “binárias de supercontrato” — 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 de VFTS 352 desempenham um papel fundamental na evolução das galáxias e pensa-se que serão as principais produtoras de elementos como o oxigênio. Tais estrelas duplas estão também associadas ao comportamento exótico de “estrelas vampiras”, onde uma estrela companheira mais pequena “suga” matéria da superfície da sua vizinha maior (eso1230).

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

Este tipo de sistema é muito raro, já que esta fase da vida das estrelas é muito curta e por isso é difícil pegá-las no ato. Como as estrelas estão tão próximo uma da outra, os astrônomos pensam que as fortes forças de maré fazem com que haja uma maior mistura de material nos seus interiores.

o autor principal do trabalho Leonardo A. Almeida, da Universidade de São Paulo, Brasil, explicou:

VFTS 352 é o melhor caso descoberto até hoje de uma estrela dupla quente e massiva que pode ter este tipo de mistura interna. Como tal, esta é uma descoberta importante e fascinante.

Os astrônomos preveem que 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 única estrela gigante, com rotação muito rápida e possivelmente magnética.

http://www.eso.org/public/images/eso1540b/

Esta imagem mostra a localização de VFTS 352 — o sistema binário mais quente e mais massivo descoberto até à hoje, onde as duas componentes estão em contato, compartilhando material. As duas estrelas deste sistema extremo, que se situa a cerca de 160 000 anos-luz de distância na Grande Nuvem de Magalhães, podem estar rumo a um final dramático, no qual se fundirão para formar uma única estrela gigante ou então dar origem um buraco negro binário. Esta imagem da região de formação estelar da Tarântula inclui imagens no visível obtidas pelo instrumento Wide Field Imager montado no telescópio MPG/ESO de 2,2 metros em La Silla e imagens no infravermelho do telescópio infravermelho VISTA de 4,1 metros situado no Paranal. Créditos: ESO/M.-R. Cioni/VISTA Magellanic Cloud survey
/ Cambridge Astronomical Survey Unit

O cientista principal do projeto Hugues Sana, Universidade de Leuven, Bélgica [5], afirmou:

Se o objeto continuar a girar rapidamente, poderá terminar a sua vida numa das explosões mais energéticas do Universo, uma explosão de raios gama de longa duração.

A segunda possibilidade é explicada pela astrofísica teórica da equipe, Selma de Mink da Universidade de Amsterdam, 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 de VFTS 352, as componentes acabarão as suas vidas em explosões de supernova, formando um sistema binário de buracos negros próximos. 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 de VFTS 352, este sistema já deu aos astrônomos importantes pistas sobre os processos de evolução pouco conhecidos de sistemas binários com estrelas massivas em “supercontato”.

Este trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “Discovery of the massive overcontact binary VFTS 352: Evidence for enhanced internal mixing”, de L. Almeida et al., publicado na revista especializada Astrophysical Journal.

Notas

[1] O nome desta estrela indica que foi observada no âmbito do rastreio da Tarântula VLT FLAMES, o qual fez uso 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 tem ajudado a compreender melhor como é que as estrelas massivas são afetadas pela rotação, binaridade e dinâmica em aglomerados estelares densos.

[2] Este estudo usa também medições do brilho de 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 maiores que 30.000º Celsius.

[4] Estas regiões em torno das estrelas são conhecidas por lóbulos de Roche. Numa binário de supercontato como VFTS 352 ambas as estrelas transbordam 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.