Astrofísica: Estrelas gigantes revelam erupções que imitam supernovas e redefinem sua evolução cósmica

 

Erupções violentas em estrelas gigantes, capazes de imitar supernovas sem destruí-las, estão ajudando astrônomos a recalibrar como esses colossos perdem massa — um processo explosivo que redefine modelos de evolução estelar e revela o papel decisivo da metalicidade nessas tempestades cósmicas.

As estrelas mais massivas do cosmos protagonizam episódios violentos de "perda de massa eruptiva", explosões tão luminosas que podem ser confundidas com supernovas — embora a estrela sobreviva ao evento. Essas chamadas "impostoras de supernova" intrigam astrônomos há décadas, pois imitam explosões estelares reais sem destruírem seus núcleos. O fenômeno ocorre quando gigantes estelares expulsam enormes quantidades de material em surtos irregulares, criando um espetáculo brilhante e imprevisível. Medir essas erupções, porém, é um desafio: métodos tradicionais em infravermelho ou rádio captam apenas o momento presente, ignorando a natureza episódica dessas perdas de massa.

Erupções violentas em estrelas gigantes, capazes de imitar supernovas sem destruí-las, estão ajudando astrônomos a recalibrar como esses colossos perdem massa — um processo explosivo que redefine modelos de evolução estelar e revela o papel decisivo da metalicidade nessas tempestades cósmicas.

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Essa limitação afeta diretamente os modelos de evolução estelar. Para estrelas extremamente massivas, simulações frequentemente falham em completar seus ciclos de vida, em parte porque a perda de massa eruptiva — impulsionada por condições super-Eddington, ou seja, quando a luz acaba sendo mais forte que a contenção causada pela gravidade da estrela — depende de um parâmetro de eficiência cuja magnitude era, até agora, desconhecida.

A incerteza sobre esse parâmetro dificultava a compreensão dos mecanismos físicos por trás das erupções, apesar das evidências observacionais acumuladas. Foi para enfrentar esse obstáculo que uma equipe liderada por Shelley J. Cheng, do Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian, decidiu adotar uma abordagem populacional em vez de individual.

Exposição de 3 minutos de NGC 3184 mostrando o transiente óptico (SN 2010dn) observado com um telescópio de 24 polegadas. NGC 3184 tem magnitude aproximada de 10,4

CC BY-SA 3.0 / Kevin Heider / 2010dn-NGC3184-2010Jun01

O grupo analisou supergigantes vermelhas em galáxias do Grupo Local, aproveitando levantamentos como o PanSTARRS1 Medium-Deep Survey, que ampliaram a capacidade de detectar eventos luminosos transitórios. Essas estrelas, em estágios avançados de vida, fornecem um laboratório natural para calibrar a intensidade das erupções.

Usando o código de evolução estelar MESA, os pesquisadores ajustaram o parâmetro de eficiência e criaram populações simuladas de estrelas com diferentes massas e idades. Depois, compararam as distribuições de brilho previstas com observações reais na Pequena e Grande Nuvens de Magalhães e na galáxia de Andrômeda.

Ciência e sociedade

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A comparação revelou uma tendência clara: a eficiência das erupções aumenta com a metalicidade. Em outras palavras, quanto mais elementos pesados uma estrela contém, mais violentas são suas perdas de massa — um efeito que altera profundamente sua trajetória evolutiva. Com essa calibração, modelos mostram que estrelas acima de 20 massas solares podem perder tanto material que sequer chegam à fase de supergigante vermelha, desviando para caminhos evolutivos alternativos. Ainda assim, a relação entre metalicidade e erupções precisa ser testada em galáxias mais distantes, e simulações futuras deverão investigar se a composição química influencia apenas a quantidade de material expelido ou também o gatilho das erupções. A história dessas estrelas eruptivas permanece em aberto. Cada novo levantamento e cada modelo refinado revelam mais nuances desse comportamento extremo, lembrando-nos de que a vida das estrelas é muito mais dinâmica — e imprevisível — do que imaginávamos.

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Astrônomos detectam fenômeno misterioso de estrelas ejetando jatos de gás na mesma direção (FOTO)

 

O telescópio James Webb detectou um grupo peculiar de estrelas bebês disparando enormes jatos para o espaço quase na mesma direção.

Por meio do telescópio espacial, os astrônomos observaram pela primeira vez um estranho fenômeno estelar: um grupo de estrelas bebês lançando jatos de gás aparentemente coordenados e a alta velocidade. O mais curioso deste fenômeno é que os jatos apontam todos na mesma direção.

Esta descoberta invulgar apresenta a primeira imagem direta de um fenômeno há muito estudado, chamado fluxos protoestelares, que são jatos de gás liberados por estrelas recém-nascidas, que colidem e carregam material nas nuvens de gás molecular que os cercam. Entretanto, o mistério aqui é que muitos destes jatos parecem estar alinhados na mesma direção, apesar de virem de estrelas separadas.

As observações descritas em um novo estudo publicado na revista Astrophysical Journal, poderiam revelar novas informações importantes sobre como as estrelas se formam e como elas evoluem. As observações revelaram pelo menos 20 estrelas recém-nascidas na região que emitiam ativamente fluxos protoestelares.

Uma imagem em detalhe mostra cinco dos fluxos protoestelares na nebulosa Serpens Main, todos apontando na mesma direção. Os jatos aparecem como bolhas laranja brilhantes

© Foto / NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (NASA-JPL), Joel Green (STScI)

Um grupo de 12 estrelas chamou a atenção da equipe. Os jatos que partiam dessas estrelas estavam todos orientados quase na mesma direção, "como granizo caindo durante uma tempestade", de acordo com o comunicado da NASA. Estima-se que os fluxos sejam relativamente jovens, entre 200 e 1.400 anos, escreve Live Science.

Tais jatos perfeitamente alinhados nunca foram vistos antes e é quase impossível que sejam produto do acaso. De acordo com os pesquisadores, é provável que esse grupo de 12 estrelas tenha se formado ao mesmo tempo, e ao longo do mesmo filamento denso de gás. Um poderoso campo magnético define os limites deste filamento formador de estrelas, e também pode ser responsável por direcionar o ângulo dos jatos.

Com o tempo, esse efeito enfraquece, à medida que as interações com outros objetos alteram ligeiramente os eixos de rotação das estrelas, redirecionando os jatos. Este desvio ao longo do tempo poderia explicar por que os astrônomos nunca viram alinhamentos tão perfeitos antes.

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Espiral estelar pode revelar segredo da formação das estrelas

 

Duas equipes internacionais de astrônomos encontraram estrelas jovens girando em espiral até o centro de um aglomerado massivo de estrelas denominado NGC 346

Os especialistas concluíram que o braço externo da espiral pode estar alimentando a formação estelar neste enorme berçário mediante "um movimento de gás e estrelas similar ao de um rio", segundo comunicado.

Com apenas 150 anos-luz de diâmetro, o aglomerado NGC 346, localizado na galáxia Pequena Nuvem de Magalhães, tem uma massa de 50 mil sóis.

Com apenas 150 anos-luz de diâmetro, o aglomerado NGC 346, localizado na galáxia Pequena Nuvem de Magalhães, tem uma massa de 50 mil sóis

© Foto / NASA, ESA

Agora, os especialistas pretendem determinar o que está regulando o processo de formação de estrelas.

A observação ainda mostrou o movimento do gás na terceira dimensão, confirmando a teoria de que tudo gira em espiral para dentro.

De acordo com os especialistas, uma espiral é realmente uma boa e natural forma de alimentar a formação estelar a partir do exterior até o centro do aglomerado.

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Inédita simulação detalha como colisões de estrelas alimentam buracos negros

 

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Pádua, na Itália, criou uma nova simulação hidrodinâmica chamada DEMOBLACK.

O programa desenvolvido pelos italianos tem o objetivo de observar o crescimento de buracos negros maciços em berçários estelares, onde grandes estrelas ficam próximas umas das outras.

A líder do projeto, Michela Mapelli, pretende responder a uma das questões mais enigmáticas da astrofísica: como dois buracos negros distantes se combinaram para produzir a GW190521, uma poderosa onda gravitacional detectada em 2019 pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO, na sigla em inglês) e pelo observatório europeu Virgo.

Esse evento se transformou em uma dor de cabeça para os especialistas, pois o tamanho dos buracos negros em fusão, 85 e 66 vezes mais massivos que o nosso Sol, eram maiores que buracos negros de massa estelar, que se formam a partir dos núcleos colapsados de estrelas, e menores que os supermassivos.

Sociedade e cotidiano

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Por coincidência, Mapelli já estava trabalhando nesta simulação um ano antes da descoberta da GW190521, o que, segundo ela, a fez "arregaçar as mangas".

De acordo com a simulação DEMOBLACK, tamanha onda gravitacional pode surgir quando grandes estrelas, como as encontradas densamente em um berçário estelar, se unem. Mapelli conseguiu, pela primeira vez, apresentar dados de uma simulação com duas enormes estrelas, com massas 40 e 60 vezes maiores que a do Sol.

"Ninguém conseguiu fazer a simulação de uma colisão com estrelas tão massivas", comemorou Mapelli.

A especialista em astrofísica italiana acredita que essas estrelas podem se colapsar e gerar um buraco negro 50 vezes mais massivo que o Sol e subsequentemente criar uma reação em cadeia, formando buracos negros binários, que por sua vez tendem a se fundir. Essas constantes trocas e colisões podem terminar em buracos negros exorbitantes com até 10.000 vezes a massa solar.

"Não temos certeza de que essa colisão seja a única explicação possível para um evento como 190521. Esta simulação não rejeita as outras", disse Mapelli.

Simulações anteriores só conseguiram replicar o choque entre estrelas de massa baixa e média. Na segunda-feira (11) a pesquisadora italiana vai apresentar em detalhes a sua simulação durante um encontro da Sociedade Americana de Física (APS, na sigla em inglês).

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Eletricidade é gerada a partir do vazio ao recriar força cósmica de estrelas de nêutrons no grafeno

 

A descoberta pode ajudar no desenvolvimento de futuros equipamentos eletrônicos baseados em materiais quânticos bidimensionais.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Manchester conseguiu gerar eletricidade a partir do vazio ao recriar a força cósmica de estrelas de nêutrons no grafeno.

Supõe-se que o vazio é um espaço sem matéria ou partículas. No entanto, o ganhador do prêmio Nobel Julian Schwinger previu, há 70 anos, que os campos elétricos ou magnéticos intensos podem rompê-lo e criar espontaneamente partículas elementares.

Além disso, este chamado "efeito Schwinger" é um processo elusivo que normalmente ocorre apenas em eventos cósmicos.

Para ser realizado são precisos campos de força cósmica, como os gerados em torno dos magnetares, um tipo raro de estrelas de nêutrons, ou que são criados transitoriamente durante colisões de alta energia de núcleos carregados.

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A equipe de físicos liderada pelo Nobel e especialista em grafeno Andre Geim utilizou esta substância para criar dispositivos que permitiram aos pesquisadores obter campos elétricos excepcionalmente fortes em uma configuração simples.

Durante o teste, foi observada claramente a geração espontânea de pares de elétrons e vazios, que são um análogo do estado sólido dos pósitrons, e os detalhes do processo coincidiram com as previsões teóricas.

Por outro lado, os cientistas notaram outro desenvolvimento incomum sem análogos com a física de partículas e astrofísica.

Eles preencheram seu vazio simulado com elétrons e os aceleraram à velocidade máxima permitida pelo vazio do grafeno. Nesse ponto ocorreu algo aparentemente impossível, os elétrons se tornaram superluminosos, proporcionando uma corrente elétrica superior à permitida pelas leis gerais da física quântica da matéria condensada.

A pesquisa, publicada na revista Science, pode ajudar no desenvolvimento de futuros dispositivos eletrônicos baseados em materiais quânticos bidimensionais.

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Estrelas 'muito pequenas para existir': astrônomos desvendam 'elo perdido' na vida de anãs brancas

 

A ciência parece ter chegado a uma conclusão sobre uma questão misteriosa e problemática: a existência de estrelas muito pequenas, que de tão pequenas, não deveriam existir.

Pequenas anãs brancas são consideradas muito pequenas para existir na vida atual do Universo, mas não foram poucas as vezes em que pudemos observar sua massa sendo drenada por companheiras binárias, um mecanismo suspeito há muito tempo que poderia explicar seu tamanho, mas que nunca havia sido comprovado antes.

A recente descoberta divulgada pelo Science Alert, ajuda a compreender o estágio evolutivo de estrelas mortas, e suas parceiras binárias eram o "elo perdido" na equação das variáveis cataclísmicas evoluídas.

"Observamos a primeira prova física de uma nova população de estrelas binárias de transição", disse o astrônomo do Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian, nos EUA, Kareem El-Badry. "Isso é empolgante; é o elo evolutivo que faltava nos modelos de formação de estrelas binárias que temos procurado."

Chamamos de anãs brancas as estrelas que têm menos de oito vezes a massa do Sol, sem combustível para o processo de fusão nuclear. Quase no fim de sua existência, a estrela acaba ejetando a maior parte de sua massa e o núcleo colapsa em um objeto extremamente denso, cerca de 1,4 vezes a massa do Sol, compactado em uma esfera do tamanho da Terra (embora possam variar).

O que já chamou a atenção dos cientistas é que em algumas raras ocasiões, as anãs brancas podem ter massas tão baixas que, de acordo com os modelos de evolução estelar, não deveriam existir. Essas estrelas de massa extremamente baixa (ELM, na sigla em inglês) têm somente um terço da massa do Sol, aproximadamente. Essa perda de massa deveria levar muito mais tempo que a vida atual do Universo, que é de apenas 13,8 bilhões de anos, mas apenas se a estrela existir de forma isolada.

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Segundo os pesquisadores, se alguma outra coisa (como uma companheira binária) sugasse a massa da anã branca, isso aceleraria o processo de forma significativa, o que explica o fenômeno de existência de ELMs no Universo. A única questão que se apresentava, até agora, é que o processo nunca havia sido observado.

De acordo com a teoria, o processo deveria ocorrer após uma fase denominada estágio de variável cataclísmica. Isso ocorre quando uma anã branca está em um sistema binário com outra estrela, tão próximas que a anã branca está agregando material de sua companheira.

Periodicamente, a anã branca entra em erupção e ocorre uma fusão descontrolada de hidrogênio em sua atmosfera, graças ao material agregado de sua companheira binária. Esses cataclismos causam variações no brilho, daí o nome.

Astrônomo Kareem El-Badry observou uma nova classe de estrelas! Chamadas de anãs brancas pré-ELM, as estrelas foram previstas para existir por anos, mas até agora, nunca foram observadas no espaço. Obrigado ao Observatório Espacial de Gaia, à instalação transitória Zwicky e ao Observatório Lick por tornar este trabalho possível

Quando uma anã branca absorve tanto material, existe o risco de que ela se torne instável e exploda como uma supernova, mas, o que aponta o estudo é que, ao contrário, a outra estrela possa acabar roubando massa da anã branca.

El-Badry e seus colegas observaram 50 estrelas que poderiam estar neste estágio intermediário, usando os dados de pesquisas astronômicas do Observatório Espacial de Gaia e da instalação transitória de Zwicky. Em seguida, obtiveram observações detalhadas de 21 dessas binárias através do Telescópio Shane, no Observatório Lick.

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Tiro certeiro

"Cem por cento dos candidatos eram esses pré-ELMs que estávamos procurando. Eles eram mais inchados e estufados que os ELMs. Eles também tinham a forma de ovo porque a atração gravitacional da outra estrela distorce sua forma esférica", disse Badry.

"Encontramos a ligação evolutiva entre duas classes de estrelas binárias [variáveis cataclísmicas e anãs brancas ELM] e encontramos um número decente delas."

Dentre as binárias, a maioria possuía 0,15 vezes a massa do Sol, com companheiras de 0,8 vezes (a massa do Sol). Durante a observação, todas as anãs brancas demonstraram sinais de perda de massa para as estrelas companheiras.

Segundo a pesquisa, para 13 das observadas, o processo ainda estava em andamento, enquanto oito delas já não perdiam mais massa, porém estavam inchadas, como se tivessem perdido massa recentemente.

As 21 estrelas eram mais quentes e brilhantes que as normalmente avistadas em uma anã branca de variável cataclísmica. Ainda serão necessários novos trabalhos para se ter a total compreensão da população de variáveis cataclísmicas evoluídas, que incluam a observação mais detalhada das 21 binárias observadas. A equipe está entusiasmada para examinar as outras 29 binárias mais de perto.

O estudo foi publicado na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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