Astrônomos Descobrem Novas Pistas Para o Sistema Eta Carinae

Há cerca de 170 anos, os astrônomos testemunharam uma grande explosão de Eta Carinae, uma das mais brilhantes estrelas conhecidas da Via Láctea. A explosão desencadeou quase tanta energia quanto uma explosão de supernova padrão. No entanto, Eta Carinae sobreviveu. Uma explicação para a erupção escapou aos astrofísicos. Eles não podem usar uma máquina do tempo para ir a meados dos anos 1800 para observar a explosão com a tecnologia moderna.
No entanto, os astrônomos podem usar a "máquina do tempo" da natureza, cortesia do fato de que a luz viaja a uma velocidade finita através do espaço. Em vez de se dirigir diretamente para a Terra, parte da luz da explosão ricocheteou ou "ecoou" na poeira interestelar, e está chegando agora à Terra. Este efeito é chamado de eco de luz. A luz está se comportando como um cartão postal que se perdeu no correio e só está chegando 170 anos depois.
Realizando perícia astronômica moderna da luz atrasada com telescópios terrestres, os astrônomos descobriram uma surpresa. As novas medições da erupção observada no século 19 revelam material em expansão com velocidades recordes até 20 vezes mais rápidas do que os astrônomos esperavam. As velocidades observadas são maiores que o material mais rápido ejetado pela onda de choque em uma explosão de supernova.
Com base nesses dados, os pesquisadores sugerem que a erupção observada na década de 1840 pode ter sido desencadeada por uma prolongada briga estelar entre três estrelas irmãs, que destruíram uma delas, ficando as outras duas em um sistema binário. Esta briga pode ter culminado com uma explosão violenta quando Eta Carinae devorou ​​um de seus dois companheiros, lançando mais de 10 vezes a massa do Sol no espaço. A massa ejetada criou gigantescos lobos bipolares que se assemelham à forma de um haltere vista nas imagens atuais.
Os resultados são relatados em um par de artigos por uma equipe liderada por Nathan Smith, da Universidade do Arizona, em Tucson, Arizona, e Armin Rest do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, em Baltimore, Maryland.
Os ecos de luz foram detectados em imagens de luz visível obtidas desde 2003 com telescópios de tamanho moderado no Observatório Interamericano Cerro Tololo, no Chile. Usando telescópios maiores no Observatório Magellan e no Observatório Gemini Sul, ambos também localizados no Chile, a equipe usou a espectroscopia para dissecar a luz, permitindo que eles medissem as velocidades de expansão do material ejetado. Eles marcaram o material chegando a mais de 32 milhões de quilômetros por hora (rápido o suficiente para viajar da Terra até Plutão em poucos dias).
As observações oferecem novas pistas para o mistério em torno da convulsão titânica que, na época, fez de Eta Carinae a segunda estrela noturna mais brilhante vista no céu da Terra entre 1837 e 1858. Os dados indicam como ela pode ter sido a estrela mais luminosa e massiva da Via Láctea.
"Detectamos essas velocidades realmente altas em uma estrela que parece ter tido uma explosão poderosa, mas de alguma forma, sobreviveu", explicou Smith. "A maneira mais fácil de fazer isso é com uma onda de choque que sai da estrela e acelera o material a velocidades muito altas".
As estrelas massivas normalmente encontram o seu final em eventos de choque quando os seus núcleos colapsam para formar uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. Os astrônomos veem esse fenômeno em explosões de supernovas, onde a estrela é obliterada. Então, como uma estrela explode, mas não o suficiente para se desfazer completamente? Algum evento violento deve ter despejado apenas a quantidade certa de energia na estrela, fazendo com que ela ejetasse suas camadas externas, mas não sendo o suficiente para aniquilá-la completamente.
Uma possibilidade para tal evento é uma fusão entre duas estrelas, mas tem sido difícil encontrar um cenário que funcione e combine todos os dados sobre Eta Carinae.
Os pesquisadores sugerem que a maneira mais direta de explicar uma ampla gama de fatos observados em torno da erupção é com uma interação de três estrelas, onde os objetos trocam massa.
Se este for o caso, então o sistema binário remanescente atual deve ter começado como um sistema triplo. "A razão pela qual sugerimos um sistema triplo é devido a interação que pode ter ocorrido entre seus membros e porque esta é a melhor explicação de como o companheiro atual rapidamente perdeu suas camadas externas antes de seu irmão mais massivo", disse Smith.
No cenário proposto pela equipe, duas estrelas pesadas (A e B) estão orbitando de perto e uma terceira companheira (C) está orbitando mais longe (veja o quadro 1 do infográfico). Quando a mais massiva das estrelas mais próximas (A) se aproxima do fim de sua vida, ela começa a se expandir e despeja a maior parte de seu material em seu irmão um pouco menor (B) (veja o quadro 2 do infográfico).
O irmão (B) agora aumentou cerca de 100 vezes a massa do nosso sol e é extremamente brilhante. A estrela doadora (A) , agora com "apenas" 30 massas solares, foi desnudada de suas camadas de hidrogênio, expondo seu núcleo quente de hélio (veja quadro 3 do infográfico).
As estrelas de núcleo de hélio quente são conhecidas por representar um estágio avançado de evolução na vida de estrelas massivas. "Há uma compreensão bastante firme de que estrelas mais massivas vivem suas vidas mais rapidamente e estrelas menos massivas têm vidas mais longas", explicou Rest. "No entanto, a estrela companheira parece estar mais adiantada em sua evolução, embora seja agora uma estrela muito menos massiva do que a que está orbitando. Isso não faz sentido sem uma transferência de massa".
A transferência de massa altera o equilíbrio gravitacional do sistema, e a estrela de núcleo de hélio se afasta de seu irmão monstro (quadro 3 do infográfico). A estrela viaja tão longe que interage gravitacionalmente com a terceira estrela (C) mais externa, empurrando-a para dentro (veja quadro 4 do infográfico). Depois de fazer algumas passagens próximas, essa estrela se funde com seu parceiro pesado, produzindo uma ejeção de material.
Nos estágios iniciais da fusão, a ejeção é densa e se expande de forma relativamente lenta conforme as duas estrelas se aproximam cada vez mais (veja quadro 5 do infográfico). Mais tarde, um evento explosivo ocorre quando as duas estrelas finalmente se juntam, ejetando o material em movimento 100 vezes mais rápido. Este material eventualmente alcança o material ejetado de modo lento , aquecendo o material e fazendo-o brilhar (veja quadro 6 do infográfico). Este material brilhante é a fonte de luz da principal erupção histórica vista pelos astrônomos há um século e meio.
Enquanto isso, a estrela menor de núcleo de hélio se instala em uma órbita elíptica, passando pelas camadas externas da estrela gigante a cada 5,5 anos. Essa interação gera ondas de choque emitindo raios-X (quadro 6 do infográfico).
Uma melhor compreensão da física da erupção de Eta Carinae pode ajudar a esclarecer as complicadas interações de estrelas binárias e múltiplas, que são críticas para a compreensão da evolução e morte de estrelas massivas.
O sistema Eta Carinae reside a 7.500 anos-luz de distância dentro da nebulosa Carina, uma vasta região formadora de estrelas vista no céu do sul.

Fonte: Space Daily via HubbleSite