O que são anãs brancas?
As anãs brancas são estrelas constituídas por plasma elétron-nuclear, desprovidas de
A anã branca mais próxima conhecida é Sirius B,localizado a 8,6 anos-luz de distância. Supõe-se que entre os cem sistemas estelares mais próximos do Sol, oito estrelas são anãs brancas. Atualmente, as anãs brancas representam, segundo várias estimativas, de 3 a 10% da população estelar de nossa galáxia (a incerteza da estimativa se deve à dificuldade de se observar anãs brancas distantes devido à sua baixa luminosidade).
As anãs brancas são formadas durante o processo de evoluçãoestrelas cuja massa é insuficiente para se transformar em estrela de nêutrons, ou seja, não ultrapassa cerca de 10 massas solares, o que em nossa galáxia constitui mais de 97% do total. Quando uma estrela da sequência principal de massa baixa ou intermediária termina de fundir hidrogênio em hélio, ela se expande para se tornar uma gigante vermelha.
A gigante vermelha é apoiada por energia termonuclearreações de conversão de hélio em carbono e oxigênio. Se a massa de uma gigante vermelha for insuficiente para elevar a temperatura do núcleo ao nível necessário para as reações termonucleares envolvendo o carbono resultante, ele se acumula no núcleo da estrela, junto com o oxigênio.
A estrela muda sua camada externa, formando uma nebulosa planetária, e o antigo núcleo da estrela se torna uma anã branca feita de carbono e oxigênio.
A anã branca Sirius B (seta) ao lado do brilhante Sirius A. Foto do telescópio Hubble
A origem das anãs brancas
Ao explicar a gênese das anãs brancas, a chaveDuas ideias desempenharam um papel: a ideia do astrônomo Ernst Epik de que gigantes vermelhas são formadas a partir de estrelas da sequência principal como resultado da queima do combustível nuclear e a suposição do astrônomo Vasily Fesenkov de que estrelas da sequência principal deveriam perder massa, e tal uma perda de massa deve ter um impacto significativo na evolução das estrelas. Essas premissas foram totalmente confirmadas.
- Contração de anãs brancas
Os teóricos previram que os jovens brancosas anãs em um estágio inicial de evolução deveriam encolher. De acordo com os cálculos, devido ao resfriamento gradual, o raio de uma anã branca típica pode diminuir várias centenas de quilômetros no primeiro milhão de anos de sua existência.
Em 2017, astrofísicos russos deO Instituto Astronômico Estatal em homenagem a P.K. Sternberg Universidade Estadual de Moscou, o Instituto de Astronomia da Academia Russa de Ciências, o Instituto de Física Teórica e Experimental em homenagem a A.I. Alikhanov e o Instituto Nacional de Astrofísica (Milão) sob a liderança do Professor Sergei Borisovich Popov, pela primeira vez no mundo, documentou a descoberta de uma jovem anã branca, com raio diminuindo muito rapidamente.
Cientistas russos e seus assistentes italianosestudou a emissão de raios X do sistema binário HD49798/RX J0648.0-4418, localizado na constelação de Puppis, a uma distância de dois mil anos-luz da Terra. Os resultados da pesquisa foram publicados na revistaAvisos mensais da Royal Astronomical Societyem fevereiro de 2018.
Figura: 8. Sistema binário exótico PSR J0348 + 0432, consistindo em um pulsar e uma anã branca que gira em torno dele em 2,5 horas
Evolução das anãs brancas
As anãs brancas começam a sua evolução como núcleos degenerados expostos de gigantes vermelhas que abandonaram a sua concha - isto é, como estrelas centrais de nebulosas planetárias jovens.
As temperaturas das fotosferas dos núcleos de jovens planetáriosas nebulosas são extremamente altas - por exemplo, a temperatura da estrela central da nebulosa NGC 7293 varia de 90.000 K (estimada a partir das linhas de absorção) a 130.000 K (estimada a partir do espectro de raios-X). Nessas temperaturas, os raios ultravioleta fortes e os raios X suaves respondem pela maior parte do espectro.
Ao mesmo tempo, as anãs brancas observadas em suasos espectros são predominantemente divididos em dois grandes grupos - classe espectral de “hidrogênio” DA, em cujos espectros não há linhas de hélio, que constituem ~80% da população de anãs brancas, e classe espectral de “hélio” DB sem linhas de hidrogênio nos espectros, constituindo a maior parte dos 20% restantes da população.
A razão desta diferença na composição das atmosferas dos brancosanões há muito permanecem obscuros. Em 1984, Iko Iben considerou cenários para a "saída" de anãs brancas de gigantes vermelhas pulsantes localizadas no ramo gigante assintótico em diferentes fases de pulsação.
Fase final
Num estágio final de evolução em gigantes vermelhas comcom massas de até dez solares, como resultado do “burnout” do núcleo de hélio, forma-se um núcleo degenerado, constituído principalmente por carbono e elementos mais pesados, circundado por uma fonte de camada de hélio não degenerada, na qual ocorre uma reação tripla de hélio ocorre.
Por sua vez, acima dela existe uma camadauma fonte de hidrogênio na qual ocorrem as reações termonucleares do ciclo Bethe, convertendo hidrogênio em hélio, rodeado por uma camada de hidrogênio; assim, a fonte externa da camada de hidrogênio é a “produtora” de hélio para a fonte da camada de hélio.
A combustão de hélio em uma fonte de camada está sujeita ainstabilidade térmica devido à dependência extremamente alta da temperatura, e isso é agravado pela maior taxa de conversão de hidrogênio em hélio em comparação com a taxa de queima do hélio; o resultado é o acúmulo de hélio, sua compressão até o início da degeneração, um aumento acentuado na taxa da reação tripla do hélio e o desenvolvimentocamada de hélio flash.
Figura: 5. Nebulosa planetária NGC 3132: uma estrela dupla no centro - um análogo de Sírio
Como a luz das anãs brancas pode ajudar os cientistas?
- Sistemas planetários
Em um novo estudo, astrônomos liderados porMark A. Hollands mostra que após a morte de uma estrela, nem todas as evidências da existência de um sistema planetário desaparecem do mapa da Galáxia.
Se os planetas permanecerem no sistema ou estiverem vaziosnúcleos, então a interação gravitacional entre eles poderia fazer com que os fragmentos eventualmente caíssem sobre os restos da estrela-mãe. Este remanescente de uma estrela, chamada anã branca, é composto quase inteiramente de carbono e oxigênio, cercado por uma camada densa, mas fina, de hidrogênio e hélio.
Naturalmente, qualquer objeto que surgir tambémde perto, será despedaçada pela extrema gravidade da anã branca, e seus fragmentos cairão na superfície da estrela, onde se misturarão com o hidrogênio e o hélio das conchas.
Lítio, cálcio encontrado em fotosferas anãse sódio, enquanto magnésio, potássio, cromo e ferro também foram encontrados no caso do anão LHS 2534. A composição do material clástico que cai sobre as anãs brancas estudadas é enriquecido em lítio e empobrecido em cálcio em comparação com os corpos do sistema solar e mais se aproxima do conteúdo encontrado na crosta continental da Terra.
Depois de atingir a estrela, os elementos incluídos ema composição do objeto destruído, como lítio e cálcio, passa a emitir luz própria com características espectrais únicas, permitindo que sejam identificados de forma inequívoca.
A maioria das anãs brancas também sãoquente e sua luz brilhante torna difícil ver qualquer contaminação. No entanto, a recente missão Gaia ajudou a mapear dezenas de anãs brancas antigas e frias, e os astrônomos encontraram sinais claros de ossos planetários na atmosfera dessas estrelas.
Figura: 3. População de anãs brancas no aglomerado de estrelas globulares NGC 6397. Quadrados azuis - anãs brancas de hélio, círculos roxos - anãs brancas "normais" com alto teor de carbono
No caso do sistema WD J2317+1830 foi notadoexcesso de radiação infravermelha, indicando acúmulo contínuo de detritos do disco circunstelar na anã, com uma taxa de acréscimo total estimada em 3 × 106 gramas por segundo.
Considerando que o progenitor deste brancoA anã poderia ser uma estrela com uma massa de 4,8 vezes a massa do Sol, e a ideia da formação de planetas após a morte da estrela foi considerada malsucedida, o que prova a ideia de que estrelas do tipo espectral B formam planetárias sistemas e sobreviver ao estágio de uma anã branca.
- Exoplanetas
Além disso, WD J2317 + 1830 é um dosos sistemas mais antigos onde planetas rochosos diferenciados poderiam ter se formado. Tudo isso torna possível impor restrições aos modelos de formação planetária que são extremamente difíceis de obter a partir de observações de planetas em torno de estrelas ou gigantes da sequência principal.
Como isso ajuda?
Segundo cientistas, a descoberta lança luzsobre os processos que ocorrem em nosso Universo, nos quais muitas gerações de sistemas planetários mudaram ao longo de 13 bilhões de anos de existência.
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