Impressão artística do sistema estelar binário descoberto no evento de microlente Gaia16aye, sua gravidade dobrando o tecido do espaço-tempo e distorcendo o caminho dos raios de luz vindos de uma estrela ainda mais distante. Crédito:M. Rębisz
Uma campanha de observação global de 500 dias encabeçada há mais de três anos pela usina de mapeamento de galáxias da ESA, Gaia, forneceu insights sem precedentes sobre o sistema binário de estrelas que causou um brilho incomum de uma estrela ainda mais distante.
O brilho da estrela, localizado na constelação de Cygnus, foi identificado pela primeira vez em agosto de 2016 pelo programa Gaia Photometric Science Alerts.
Este sistema, mantido pelo Instituto de Astronomia da Universidade de Cambridge, REINO UNIDO, verifica diariamente a enorme quantidade de dados vindos de Gaia e alerta os astrônomos para o surgimento de novas fontes ou variações incomuns de brilho em fontes conhecidas, para que possam apontar rapidamente outros telescópios terrestres e espaciais para estudá-los em detalhes. Os fenômenos podem incluir explosões de supernovas e outras explosões estelares.
Neste caso particular, observações de acompanhamento realizadas com mais de 50 telescópios em todo o mundo revelaram que a fonte - desde então chamada de Gaia16aye - estava se comportando de uma maneira bastante estranha.
"Vimos a estrela ficar cada vez mais brilhante e então, dentro de um dia, seu brilho caiu repentinamente, "diz Lukasz Wyrzykowski do Observatório Astronômico da Universidade de Varsóvia, Polônia, que é um dos cientistas por trás do programa Gaia Photometric Science Alert.
"Este foi um comportamento muito incomum. Quase nenhum tipo de supernova ou outra estrela faz isso."
Lukasz e colaboradores logo perceberam que esse brilho foi causado pela microlente gravitacional - um efeito previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein, causado pela curvatura do espaço-tempo na vizinhança de objetos muito massivos, como estrelas ou buracos negros.
Quando um objeto tão grande, que pode ser muito fraco para ser observado da Terra, passa na frente de outro, fonte de luz mais distante, sua gravidade dobra a estrutura do espaço-tempo em sua vizinhança. Isso distorce o caminho dos raios de luz vindos da fonte de fundo - essencialmente se comportando como uma lente de aumento gigante.
Gaia16aye é o segundo evento de microlente detectado pelo supervisor estelar da ESA. Contudo, os astrônomos notaram que ele se comportou de maneira estranha mesmo para esse tipo de evento.
"Se você tiver uma única lente, causado por um único objeto, haveria apenas um pequeno, aumento constante no brilho e então haveria um declínio suave conforme a lente passa na frente da fonte distante e depois se afasta, "diz Lukasz.
"Nesse caso, não só o brilho da estrela caiu drasticamente em vez de suavemente, mas depois de algumas semanas, iluminou-se novamente, o que é muito incomum. Ao longo dos 500 dias de observação, vimos isso se iluminar e diminuir cinco vezes. "
Esta queda repentina e acentuada no brilho sugeriu que a lente gravitacional que causa o brilho deve consistir em um sistema binário - um par de estrelas, ou outros objetos celestes, ligados uns aos outros por gravidade mútua.
Os campos gravitacionais combinados dos dois objetos produzem uma lente com uma rede bastante complexa de regiões de alta ampliação. Quando uma fonte de fundo passa por tais regiões no plano do céu, acende-se, e escurece imediatamente ao sair.
A partir do padrão de iluminações e reduções subsequentes, os astrônomos foram capazes de deduzir que o sistema binário estava girando em um ritmo bastante rápido.
"A rotação foi rápida o suficiente e o evento geral de micro-lentes lento o suficiente para que a estrela de fundo entrasse na região de alta ampliação, saiu e depois entrou de novo, "diz Lukasz.
O longo período de observações, que durou até o final de 2017, e a ampla participação de telescópios terrestres de todo o mundo permitiu aos astrônomos coletar uma grande quantidade de dados - quase 25.000 pontos de dados individuais.
Além disso, a equipe também fez uso de dezenas de observações dessa estrela coletadas por Gaia enquanto ela examinava o céu ao longo dos meses. Esses dados foram submetidos a calibração preliminar e foram divulgados como parte do programa Gaia Science Alerts.
Deste conjunto de dados, Lukasz e seus colegas foram capazes de aprender muitos detalhes sobre o sistema binário de estrelas.
Este gráfico mostra a variação do brilho da estrela Gaia16aye causada por um evento de microlente, como um objeto massivo em primeiro plano - um sistema binário de estrelas - passou por sua linha de visão. O brilho é indicado no eixo vertical em termos de magnitude astronômica, com valores menores (em direção ao topo) indicando maior brilho; o tempo é indicado no eixo horizontal. O gráfico mostra os dados coletados ao longo de um período de quase dois anos com mais de 50 telescópios em todo o mundo, como parte de uma campanha de observação global liderada pelo satélite Gaia da ESA. As medições de brilho obtidas com Gaia são mostradas como grandes símbolos de diamante preto, enquanto as observações baseadas no solo realizadas com uma variedade de telescópios em todo o mundo são mostradas como círculos menores, praças, diamantes e triângulos de cores diferentes. Crédito:Adaptado de Wyrzykowski et al. 2019
"Não vemos esse sistema binário de forma alguma, mas de apenas ver os efeitos que criou, agindo como uma lente em uma estrela de fundo, pudemos contar tudo sobre isso, "diz o co-autor Przemek Mróz, que era um Ph.D. estudante da Universidade de Varsóvia quando a campanha começou, e atualmente é bolsista de pós-doutorado no California Institute of Technology.
"Poderíamos determinar o período de rotação do sistema, as massas de seus componentes, a separação deles, a forma de suas órbitas - basicamente tudo - sem ver a luz dos componentes binários. "
O par consiste em duas estrelas bastante pequenas, com 0,57 e 0,36 vezes a massa do nosso Sol, respectivamente. Separado por cerca de duas vezes a distância Terra-Sol, as estrelas orbitam em torno de seu centro de massa mútuo em menos de três anos.
"Se não fosse por Gaia escaneando todo o céu e enviando os alertas imediatamente, nunca saberíamos sobre este evento de microlente, "diz o co-autor Simon Hodgkin, da Universidade de Cambridge, que lidera o programa Gaia Science Alerts.
"Talvez a tivéssemos encontrado mais tarde, mas então pode ter sido tarde demais. "
A compreensão detalhada do sistema binário se baseou na extensa campanha de observação e no amplo envolvimento internacional que o evento Gaia16aye atraiu.
"Reconhecemos os astrônomos profissionais, astrônomos amadores e voluntários de todo o mundo que têm observado este evento:sem a dedicação de todas essas pessoas não teríamos conseguido tais resultados, "diz Lukasz.
"Eventos de microlente como este podem lançar luz sobre objetos celestes que, de outra forma, não seríamos capazes de ver, "diz Timo Prusti, Cientista do Projeto Gaia na ESA.
"Estamos muito satisfeitos que a detecção de Gaia desencadeou a campanha de observação que tornou esse resultado possível."
"Full Orbital Solution for the Binary System in the Northern Galactic Disk Microlensing Event Gaia16aye" por L. Wyrzykowski et al é publicado em Astronomia e Astrofísica .
