Cientistas descobriram estrelas anãs brancas com atmosferas de puro carbono. Estas estrelas possivelmente evoluíram numa sequência desconhecida pelos astrónomos.

Podem ter evoluído a partir de estrelas não massivas o suficiente para explodir como supernovas mas estão mesmo no limite. Todas menos 2 ou 3 porcento das estrelas mais massivas eventualmente morrem como anãs brancas em vez de explodirem como supernovas.

Quando uma estrela queima hélio, deixa para trás "cinzas" de carbono e oxigénio. Quando o seu combustível nuclear se esgota, a estrela aí morre como uma anã branca, que é um astro extremamente denso que detém a massa do nosso Sol num objecto com apenas o tamanho da Terra. Os astrónomos acreditam que a maioria das anãs brancas têm um núcleo composto por carbono e oxigénio, escondido por uma espessa atmosfera de hidrogénio e hélio.

Não estavam à espera de estrelas com atmosferas de carbono.

"Já descobrimos estrelas com nenhuns traços detectáveis de hélio e hidrogénio nas suas atmosferas," disse o astrónomo Patrick Dufour, do Observatório Steward da Universidade do Arizona. "Podemos até estar a observar directamente um núcleo estelar 'despido'. Possivelmente temos uma janela do que era a caldeira nuclear de uma estrela e estamos a ver as cinzas das reacções nucleares que uma vez tiveram aí lugar."

Dufour, o professor de Astronomia James Liebert, também da Universidade do Arizona, e seus colegas da Universidade de Montréal e do Observatório de Paris, publicaram os resultados na edição de 22 de Novembro da revista Nature.

As estrelas foram descobertas entre 10.000 novas estrelas anãs brancas encontradas no SDSS (Sloan Digital Sky Survey). O estudo descobriu quatro vezes o número de anãs brancas conhecidas até à altura.

Liebert identificou umas quantas dúzias das recém-descobertas anãs brancas como pertencendo à categoria "DQ" em 2003. Quando observadas no visível, as estrelas DQ parecem ser compostas na maioria por hélio e carbono. Os astrónomos acreditam que a convecção na zona do hélio faz subir o carbono a partir do núcleo da estrela.

Dufour desenvolveu um modelo para analisar as atmosferas das estrelas DQ como parte da sua pesquisa doutoral na Universidade de Montréal. O seu modelo simulava estrelas DQ frias, estrelas a temperaturas entre os 5.000 e os 12.000 Kelvin. Como referência, a temperatura do nosso Sol à superfície ronda os 5.780 Kelvin.

Quando Dufour se juntou ao Observatório Steward em Janeiro, actualizou o seu código para analisar estrelas mais quentes, estrelas até 24.000 K.

"Quando comecei a modelar as atmosferas destas estrelas DQ mais quentes, o meu primeiro pensamento foi que estas estrelas são ricas em hélio e com traços de carbono, tal como as mais frias," disse Dufour. "Mas à medida que comecei a analisar as estrelas com um modelo de temperatura mais alto, apercebi-me que mesmo que aumentasse a abundância de carbono, o modelo mesmo assim não encaixava com os dados do SDSS," afirma Dufour.

Em Maio de 2007, "desesperado, decidir tentar modelar uma atmosfera de carbono puro. Resultou," disse Dufour. "Descobri que se calculasse um modelo com uma atmosfera de carbono puro, reproduzia o espectro exactamente como o observado. Nunca ninguém tinha antes calculado o modelo de uma atmosfera de apenas carbono. Ninguém acreditava que até existissem. Ficámos surpreendidos e entusiasmados."

Dufour e seus colegas identificaram oito anãs brancas com uma atmosfera de carbono, entre as aproximadamente 200 estrelas DQ que estudaram a partir dos dados do SDSS até agora.

O maior mistério é como estas estrelas com atmosferas de carbono se encontram apenas entre os 18.000 e os 23.000 K. "Estas estrelas são demasiado quentes para serem explicadas através do cenário convectivo, por isso tem que haver outra explicação," salienta Dufour.

Dufour e Liebert dizem que estas estrelas podem ter evoluído a partir de uma estrela como a única e bem mais quente estrela de nome HD1504+65 que o astrónomo John A. Nousek, da Universidade Estatal da Pennsylvania, Liebert e outros anunciaram em 1986. Se assim for, as estrelas com atmosfera de carbono representam uma sequência previamente desconhecida na evolução estelar.

H1504+65 é uma estrela muito massiva com 200.000 Kelvin.

Os astrónomos actualmente acreditam que esta estrela, de uma maneira desconhecida, expeliu violentamente todo o seu hidrogénio e todo (menos traços) o seu hélio, deixando para trás essencialmente um núcleo estelar com uma superfície de 50% carbono e 50% oxigénio.

"Pensamos que quando uma estrela como H1504+65 arrefece, eventualmente torna-se numa estrela de puro carbono," disse Dufour. À medida que a estrela gigante arrefece, a gravidade separa o carbono, o oxigénio e os traços de hélio. Acima dos 25.000 K, os traços de hélio sobem ao topo, formam uma fina camada acima do muito mais massivo invólucro de carbono, efectivamente disfarçando a estrela como uma anã branca com atmosfera de hélio, disseram Dufour e Liebert.

Mas entre os 18.000 e os 23.000 Kelvin, a convecção na zona do carbono provavelmente dilui a fina camada de hélio. A estas temperaturas, o oxigénio, que é mais pesado que o carbono, provavelmente está demasiado enterrado na estrela para alcançar a superfície.

Dufour e seus colegas dizem que os modelos das estrelas entre 9 e 11 massas solares podem explicar as suas estranhas estrelas de carbono.

Os astrónomos previram em 1999 que estrelas com 9 ou 10 vezes a massa do Sol tornar-se-iam anãs brancas com núcleos de oxigénio-magnésio-néon e atmosferas na maioria com carbono-oxigénio. Estrelas mais massivas explodiriam como supernovas.

Mas os cientistas não sabem ainda com exactidão onde está situada a barreira que distingue os dois processos, se estrelas com oito, nove, 10 ou 11 vezes a massa do Sol criam supernovas.

"Não sabemos se estrelas com atmosferas de carbono são o resultado de uma evolução de uma estrela com nove ou 10 massas solares, que permanece ainda uma questão-chave," afirma Liebert.

Os astrónomos planeiam fazer novas observações das estrelas com atmosferas de carbono com o telescópio de 6.5 metros do Observatório MMT em Mount Hopkins, Arizona, no próximo mês de Dezembro, para melhor calcular as suas massas. As observações podem ajudar a definir o limite de massa para estrelas que morrem como anãs brancas ou como supernovas, disse Dufour.

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Notícias relacionadas:
Universidade do Arizona (comunicado de imprensa)
Nature (requer subscrição)
SPACE.com
Universe Today
Science Daily
Science Centric
Reuters

Anã branca:
Wikipedia