O que acontece quando uma estrela se comporta como se tivesse explodido, mas ainda está aí?

Cerca de 170 anos atrás, astrônomos testemunharam uma grande explosão de Eta Carinae, uma das estrelas mais brilhantes conhecidas na galáxia da Via Láctea. A explosão liberou quase tanta energia quanto uma explosão de supernova padrão.

No entanto, Eta Carinae sobreviveu.

Uma explicação para a erupção iludiu os astrofísicos. Eles não podem levar uma máquina do tempo de volta a meados de 1800 para observar a explosão com a tecnologia moderna.

Contudo, astrônomos podem usar a própria "máquina do tempo da natureza, "cortesia do fato de que a luz viaja a uma velocidade finita pelo espaço. Em vez de ir direto para a Terra, parte da luz da explosão ricocheteou ou "ecoou" na poeira interestelar, e agora está chegando à Terra. Este efeito é denominado eco de luz. A luz está se comportando como um cartão postal que se perdeu no correio e só chega 170 anos depois.

Ao realizar análises forenses astronômicas modernas da luz atrasada com telescópios terrestres, astrônomos descobriram uma surpresa. As novas medições da erupção de 1840 revelam material em expansão com velocidades recordes até 20 vezes mais rápido do que os astrônomos esperavam. As velocidades observadas são mais como o material mais rápido ejetado pela onda de choque em uma explosão de supernova, ao invés dos ventos relativamente lentos e suaves esperados de estrelas massivas antes de morrerem.

Com base nesses dados, pesquisadores sugerem que a erupção pode ter sido desencadeada por uma briga estelar prolongada entre três estrelas irmãs turbulentas, que destruiu uma estrela e deixou as outras duas em um sistema binário. Essa luta pode ter culminado com uma violenta explosão quando Eta Carinae devorou ​​um de seus dois companheiros, disparando mais de 10 vezes a massa do nosso Sol para o espaço. A massa ejetada criou lobos bipolares gigantescos que se assemelham à forma de haltere vista nas imagens atuais.

Os resultados são relatados em dois artigos por uma equipe liderada por Nathan Smith, da Universidade do Arizona em Tucson, Arizona, e Armin Rest do Space Telescope Science Institute 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 de Cerro Tololo, no Chile. Usando telescópios maiores no Observatório Magalhães e no Observatório Gemini Sul, ambos também localizados no Chile, a equipe então usou a espectroscopia para dissecar a luz, permitindo-lhes medir as velocidades de expansão do objeto. Eles cronometraram o material voando a mais de 20 milhões de milhas por hora (rápido o suficiente para viajar da Terra a Plutão em alguns dias).

As observações oferecem novas pistas para o mistério que cerca a convulsão titânica que, no momento, fez de Eta Carinae a segunda estrela noturna mais brilhante vista no céu da Terra entre 1837 e 1858. Os dados sugerem como ela pode ter se tornado a estrela mais luminosa e massiva da Via Láctea.

"Vemos essas velocidades realmente altas em uma estrela que parece ter tido uma explosão poderosa, mas de alguma forma a estrela sobreviveu, "Smith explicou." 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. "

Estrelas massivas normalmente encontram seu fim final em eventos impulsionados pelo choque, quando 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 destruída. Então, como você faz uma estrela explodir com um evento impulsionado pelo choque, mas não é o suficiente para se explodir completamente? Algum evento violento deve ter despejado a quantidade certa de energia na estrela, fazendo com que ele ejete suas camadas externas. Mas a energia não foi suficiente para aniquilar completamente a estrela.

Uma possibilidade para tal evento é uma fusão entre duas estrelas, mas tem sido difícil encontrar um cenário que funcione e corresponda a todos os dados do 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 for esse o caso, então, o sistema binário remanescente atual deve ter começado como um sistema triplo. "A razão pela qual sugerimos que os membros de um sistema triplo louco interagem uns com os outros é porque esta é a melhor explicação para como o companheiro de hoje perdeu rapidamente suas camadas externas antes de seu irmão mais massivo, "Smith disse.

No cenário proposto pela equipe, duas estrelas pesadas estão orbitando próximas e uma terceira companheira orbitando mais longe. Quando a mais massiva das estrelas binárias próximas se aproxima do fim de sua vida, ele começa a se expandir e despeja a maior parte de seu material em seu irmão ligeiramente menor.

O irmão agora tem cerca de 100 vezes a massa do nosso Sol e é extremamente brilhante. A estrela doadora, agora apenas cerca de 30 massas solares, foi despojado de suas camadas de hidrogênio, expondo seu núcleo de hélio quente.

Estrelas com núcleo de hélio quente são conhecidas por representar um estágio avançado de evolução na vida de estrelas massivas. "Da evolução estelar, há um entendimento bastante firme de que estrelas mais massivas vivem suas vidas mais rapidamente e estrelas menos massivas têm vidas mais longas, "Rest explicou." Portanto, a estrela companheira quente parece estar mais adiantada em sua evolução, embora agora seja uma estrela muito menos massiva do que a que orbita. Isso não faz sentido sem uma transferência de massa. "

A transferência de massa altera o equilíbrio gravitacional do sistema, e a estrela com núcleo de hélio se afasta de seu irmão monstro. A estrela viaja para tão longe que interage gravitacionalmente com a terceira estrela mais externa, chutando para dentro. Depois de fazer algumas passagens fechadas, a estrela se funde com seu parceiro peso-pesado, produzindo uma saída de material.

Nos estágios iniciais da fusão, o material ejetado é denso e se expande de forma relativamente lenta à medida que as duas estrelas se aproximam cada vez mais. Mais tarde, um evento explosivo ocorre quando as duas estrelas internas finalmente se unem, detonando material que se move 100 vezes mais rápido. Este material eventualmente alcança o material ejetado lento e bate nele como um limpa-neve, aquecendo o material e fazendo-o brilhar. Este material brilhante é a fonte de luz da principal erupção histórica vista pelos astrônomos um século e meio atrás.

Enquanto isso, a estrela menor com núcleo de hélio se estabelece em uma órbita elíptica, passando pelas camadas externas da estrela gigante a cada 5,5 anos. Essa interação gera ondas de choque que emitem raios-X.

Uma melhor compreensão da física da erupção de Eta Carinae pode ajudar a lançar luz sobre as complicadas interações de estrelas binárias e múltiplas, que são essenciais para a compreensão da evolução e morte de estrelas massivas.

O sistema Eta Carinae reside 7, 500 anos-luz de distância dentro da nebulosa Carina, uma vasta região de formação de estrelas vista no céu do sul.

A equipe publicou suas descobertas em dois artigos, que aparecem online em 2 de agosto no The Avisos mensais da Royal Astronomical Society .