Os dados mais recentes de estrelas do observatório espacial de Gaia permitiram, pela primeira vez, aos astrônomos gerar um enorme atlas 3-D de estrelas binárias amplamente separadas dentro de cerca de 3, 000 anos-luz da Terra - 1,3 milhão deles.

O atlas único, criado por Kareem El-Badry, um Ph.D. em astrofísica. estudante da Universidade da Califórnia, Berkeley, deve ser uma bênção para aqueles que estudam estrelas binárias - que constituem pelo menos metade de todas as estrelas semelhantes ao sol - e anãs brancas, exoplanetas e evolução estelar, em geral. Antes de Gaia, a última compilação de estrelas binárias próximas, montado usando dados do extinto satélite Hipparcos, incluiu cerca de 200 pares prováveis.

"Este é apenas um grande aumento no tamanho da amostra, "disse El-Badry." E é um aumento nos tipos de fases evolutivas em que encontramos os binários. Em nossa amostra, nós temos 17, 000 anãs brancas sozinhas. Este é um censo muito maior. "

As anãs brancas são os estágios finais da maioria das estrelas; o sol provavelmente terminará como uma anã branca compacta em 5 bilhões de anos. O atlas de El-Badry inclui 1, 400 sistemas que consistem em duas anãs brancas e 16, 000 binários que consistem em uma anã branca e outro tipo de estrela

A grande maioria das 2,6 milhões de estrelas individuais ainda estão no auge da vida, Contudo. Os astrônomos se referem a eles como estrelas da sequência principal, porque eles se agrupam ao longo de uma linha quando plotados em um gráfico que mostra temperatura versus brilho.

Com um tamanho de amostra tão grande, El-Badry disse, é possível fazer dados demográficos populacionais desses gêmeos estelares, fazendo perguntas como:Qual é a distribuição das proporções de massa das duas estrelas em todos esses sistemas binários? Como são distribuídas suas separações ou excentricidades?

El-Badry planeja focar no futuro nos binários anãs brancas, porque às anãs brancas pode ser atribuída uma idade com mais precisão do que é possível com estrelas regulares. As estrelas da sequência principal, como o sol, podem ter a mesma aparência por bilhões, ou mesmo dezenas de bilhões, de anos, enquanto as anãs brancas mudam - para começar, eles esfriam a uma taxa bem definida. E como os pares binários nascem ao mesmo tempo, a idade da anã branca diz aos astrônomos a idade de sua gêmea da sequência principal, ou de quaisquer planetas ao redor das estrelas.

"Para uma anã branca, em geral, é fácil dizer quantos anos tem, não apenas quantos anos desde que se tornou uma anã branca, mas qual é a sua idade total, "ele disse." Você também pode medir suas massas, porque as anãs brancas têm uma relação massa-raio bem compreendida. "

Como um exemplo, El-Badry e seus colegas recentemente usaram os dados de Gaia para estimar a idade de um gigante gasoso do tamanho de Júpiter descoberto pelo satélite TESS em torno de um par de anãs K-anãs brancas. Esse exoplaneta, TOI-1259Ab, acabou por ter cerca de 4 bilhões de anos, com base na idade da anã branca.

"Neste catálogo, existem cerca de 15 sistemas como este:estrela mais planeta mais anã branca, " ele disse, "e há outras centenas que são estrela mais planeta e outra estrela. Essas também são potencialmente interessantes porque, em alguns casos, a outra estrela fará algo dinamicamente para o planeta. "

O novo catálogo de estrelas binárias próximas foi aceito para publicação na revista Avisos mensais da Royal Astronomical Society .

El-Badry também colaborou com Jackie Faherty, um cientista e educador do Museu Americano de História Natural da cidade de Nova York, para criar um vídeo panorâmico de todos os milhões de estrelas binárias ao redor da Terra, que representa uma boa parte de toda a Galáxia da Via Láctea.

Estrelas binárias

Até que Gaia foi lançado pela Agência Espacial Europeia em 2013 para medir com precisão as distâncias e movimentos de milhões de estrelas próximas, a única maneira de encontrar binários era procurar estrelas próximas umas das outras no céu. Isso pode ser complicado, porque estrelas que parecem muito próximas da Terra podem estar a centenas a milhares de anos-luz umas das outras, simplesmente sentado na mesma linha de site.

Descartar um alinhamento casual requer muito tempo de observação para confirmar se os dois candidatos estão realmente à mesma distância e se movendo juntos. Por causa do movimento da Terra em torno do sol, estrelas próximas parecem mudar de posição no céu, e essa paralaxe pode ser usada para calcular a que distância eles estão. O movimento da estrela no céu, conhecido como movimento adequado, ajuda a determinar sua velocidade.

Gaia realiza esta tediosa astrometria continuamente para todas as estrelas próximas no céu, 24/7, de sua órbita no ponto Terra-Sol de Lagrange. O levantamento do telescópio espacial é mais útil para estrelas dentro de cerca de 3, 000 anos-luz da Terra, Contudo, porque além disso, a paralaxe geralmente é muito pequena para ser medida.

El-Badry procurou pela primeira vez por estrelas binárias nos dados de Gaia após o segundo lançamento de medições de estrelas da missão em 2018, com a ajuda dos colegas Hans-Walter Rix, diretor do Instituto Max-Planck de Astronomia em Heidelberg, Alemanha, e Tyler Heintz, um estudante de graduação na Universidade de Boston. Eles desenvolveram técnicas computacionais para identificar estrelas que se movem juntas no espaço e à mesma distância da Terra. A técnica basicamente projeta o movimento de cada estrela ao longo de milhares de anos, com base em seu movimento adequado hoje, e puxa estrelas que se movem na mesma direção. Se eles também estiverem na mesma distância com base na paralaxe, eles provavelmente estão ligados um ao outro, ele disse.

Ele e seus colegas se concentram principalmente em binários amplos - aqueles separados por uma distância de 10 UA (unidades astronômicas) ou mais - isto é, 10 ou mais vezes a distância entre a Terra e o sol (93 milhões de milhas). Estrelas mais próximas do que normalmente aparecem como um ponto de luz e requerem outras técnicas espectroscópicas para distinguir se são binários verdadeiros.

Para obter o primeiro acesso aos dados mais recentes de Gaia, El-Badry surgiu às 3 da manhã na data de lançamento, 3 de dezembro do ano passado, e se juntou a cerca de 100 outros astrônomos de todo o mundo no Zoom. Ele rapidamente executou consultas pré-programadas nos dados para extrair as informações do catálogo de que precisava para criar o mapa 3-D.

As consultas iniciais retornaram cerca de 1,8 milhões de candidatos binários do catálogo de 1,8 bilhões de estrelas de Gaia, então El-Badry primeiro teve que avaliar a probabilidade de que alguns dos pares estivessem na mesma distância e se movendo em direções semelhantes apenas por acaso, não porque eles estão emparelhados. Ele estima que quase 1,3 milhão de pares tiveram pelo menos 90% de chance de serem ligados, e 1,1 milhão teve uma chance de 99%.

"Cerca de metade de todas as estrelas semelhantes ao Sol são binárias, muitos deles muito próximos para distinguir, mas descobrimos que cerca de 25% de todas as estrelas semelhantes ao Sol têm um companheiro binário em separações de mais de 30 UA, sobre a distância de Plutão, "disse ele." A distribuição atinge o pico em uma separação de 30 ou 50 UA. "

Alguns pares são separados por até um parsec — 260, 000 UA, ou 3,26 anos-luz - embora a maioria esteja dentro de 1, 000 UA um do outro.

Um take away, ele disse, é que a nova análise confirma algo sugerido nos dados de 2018:muitos pares de estrelas binárias são muito semelhantes em massa.

"Uma coisa que já achamos que é legal - descobrimos isso com o Gaia DR2, mas agora podemos estudá-lo melhor com este exemplo - é que binários gostam de ser gêmeos idênticos, "disse ele." Isso é realmente estranho, porque a maioria deles são separados por centenas ou milhares de AU, então eles estão tão distantes que, pelas teorias convencionais de formação de estrelas, suas massas devem ser aleatórias. Mas os dados contam uma história diferente:eles sabem algo sobre as massas de seus companheiros. "

A implicação, ele disse, é que eles se formaram muito mais próximos em um processo que tendeu a igualar suas massas e, em seguida, migraram separadamente, talvez por causa de interações com outras estrelas próximas.

A compilação de estrelas binárias também permitiu a El-Badry verificar as incertezas relatadas nas medições de Gaia das posições estelares, que pode auxiliar outros pesquisadores que usam os dados.