Explosões de anãs brancas podem desvendar o que é a energia escura

A diversidade com que as anãs brancas explodem é muito maior do que se imaginava. Esse cenário explosivo foi revelado após a análise de 3,6 mil explosões registradas pelo Zwicky Transient Facility (ZTF) durante levantamento do céu de nova geração, realizado entre março de 2018 e dezembro de 2020.

Esse conjunto de dados – várias vezes maior do que os amostras anteriores – representa avanço crucial na compreensão dos ciclos de vida de estrelas com massa semelhante à do Sol, que se transformam em anãs brancas ao morrer.

Um entendimento mais aprofundado das supernovas do tipo Ia, em particular, pode ser fundamental para solucionar o mistério da energia escura, força enigmática que acelera a expansão do Universo.

Por mais de três décadas, esses restos estelares explosivos têm sido usados para medir distâncias cósmicas. Conhecer melhor sua diversidade permitirá aos astrônomos comparar as supernovas entre si, refinando, assim, as estimativas sobre a energia escura.

“A diversidade de maneiras pelas quais as anãs brancas podem explodir é muito maior do que se esperava, resultando em explosões que vão desde eventos tão fracos, que mal são visíveis, até explosões intensas, capazes de brilhar por meses ou até anos,” afirmou Kate Maguire, líder da equipe do Trinity College Dublin, em comunicado.

Ela acrescentou que “graças à capacidade única do ZTF de varrer o céu de forma rápida e profunda, foi possível identificar novas explosões de estrelas até um milhão de vezes mais tênues do que as estrelas mais fracas visíveis a olho nu.”

Anãs brancas e a energia escura

As anãs brancas se formam quando estrelas com massa próxima à do Sol esgotam o hidrogênio em seus núcleos, encerrando a fusão que gera energia para combater a gravidade;

Com o fim dessa reação, o núcleo colapsa, enquanto as camadas exteriores são expelidas, deixando um remanescente incandescente – a anã branca – envolto por nuvem de material estelar;

Quando o Sol passar por esse processo, daqui a cerca de cinco bilhões de anos, ele passará a existir como uma solitária anã branca;

Entretanto, nem todas essas estrelas mortas terão destino isolado: aproximadamente 50% das estrelas de massa solar fazem parte de sistemas binários, o que significa que muitas anãs brancas convivem com uma companheira.

O principal resultado da pesquisa confirma que existem inúmeras e exóticas formas pelas quais as anãs brancas podem entrar em erupção – muitas delas envolvendo seus parceiros binários. Por exemplo, quando duas estrelas semelhantes ao Sol se formam em um sistema binário, é natural que ambas evoluam para anãs brancas aproximadamente ao mesmo tempo.

Isso gera um par de anãs brancas orbitando uma à outra, que, gradualmente, se aproximam até colidirem e se fundirem.

Essa colisão pode desencadear uma supernova de duas maneiras: ou a própria colisão forma uma anã branca maior que explode como supernova do tipo Ia, ou o remanescente da fusão gera uma “filha” com massa superior a 1,4 vezes a massa solar – o limite de Chandrasekhar –, ultrapassado o qual uma explosão de colapso do núcleo pode ocorrer, formando uma estrela de nêutrons.

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Outra possibilidade, como lembra o Space.com, ocorre quando uma anã branca está em sistema binário com uma estrela da sequência principal que ainda não se transformou em anã branca ou estrela de nêutrons. Se esses corpos estiverem suficientemente próximos – ou se a estrela companheira se expandir ao se tornar gigante vermelha –, a anã branca pode atrair material da parceira.

Esse “alimentar vampírico” continua até que a massa acumulada ultrapasse o limite de Chandrasekhar, desencadeando uma supernova do tipo Ia que, geralmente, destrói a anã branca. Em casos raros, a estrela não é totalmente consumida e se transforma em “estrela zumbi”, fenômeno denominado supernova do tipo Iax.

As supernovas do tipo Ia são especialmente valiosas para os astrônomos, pois sua luminosidade padronizada as transforma em “velas padrão” para a medição de distâncias cósmicas. Foi, inclusive, a partir das observações dessas explosões que a energia escura foi descoberta, em 1998, permitindo rastrear a aceleração na expansão do Universo.

Novo capítulo na cosmologia das supernovas

“Nos últimos cinco anos, um grupo de trinta especialistas de diferentes partes do mundo coletou, compilou e analisou esses dados. Agora, estamos disponibilizando essa amostra para toda a comunidade científica,” declarou Mickael Rigault, pesquisador do Institut des deux Infinis de Lyon e chefe do grupo de trabalho de Cosmologia da ZTF, em declaração.

Segundo ele, “essa amostra é tão única, tanto em tamanho quanto em homogeneidade, que esperamos que ela tenha impacto significativo no campo da cosmologia de supernovas e leve a muitas novas descobertas, além dos resultados já publicados”.

Os achados foram divulgados em uma série de artigos especiais na edição da revista Astronomy & Astrophysics, marcando avanço promissor na compreensão das complexas explosões estelares e na busca por desvendar os segredos da energia escura.

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