Estrela bizarra pode um dia se tornar um magnetar

A estrela HD 45166 é a primeira estrela conhecida de seu tipo. Os astrônomos acham que ela entrará em colapso e se transformará em uma estrela de nêutrons altamente magnética e giratória.

HD 45166 é uma estrela que um dia se tornará uma supernova – e pode se tornar um magnetar. No fundo desta ilustração está a companheira de HD 45166, uma estrela azul mais típica. Crédito: ESO/L. Calçada

Os astrônomos descobriram um novo tipo de estrela e, com ela, uma nova pista para um antigo mistério: como se formam os magnetares.

A descoberta está relacionada a uma estrela peculiar em um sistema binário a cerca de 3.000 anos-luz de distância na constelação do sul de Monoceros. Há muito tempo é conhecido como um desajustado, rico em hélio e com ventos extraordinariamente fortes devido ao seu tamanho monótono. Mas novas observações publicadas hoje na Science adicionaram uma nova peça do quebra-cabeça: HD 45166 também possui um campo magnético extraordinariamente forte.

E isso, por sua vez, pode ser a chave para um mistério ainda maior – a origem dos magnetares, uma classe rara de estrelas que são os ímãs mais fortes do universo. De acordo com os modelos, HD 45166 tem a combinação certa de massa e campo magnético para um dia virar supernova e deixar para trás uma estrela de nêutrons altamente magnética. Isso torna a estrela um possível progenitor magnetar, o primeiro de seu tipo.

“Nunca detectamos um campo magnético em uma estrela massiva de hélio que sofrerá colapso do núcleo”, diz Tomer Shenar, primeiro autor do novo estudo e astrônomo da Universidade de Amsterdã. “É realmente um novo tipo de estrela.”

Uma estrela em roupas Wolf-Rayet

Embora HD 45166 faça parte de uma família exclusiva chamada estrelas Wolf-Rayet – existem apenas 500 conhecidas até o momento – é um membro muito incomum.

As estrelas Wolf-Rayet são geralmente até 25 vezes mais massivas que o Sol, brilhando um milhão de vezes mais. Todo o combustível de hidrogênio em seus núcleos já foi convertido em hélio. E eles têm ventos estelares poderosos, expelindo 10 Sóis de sua massa a cada milhão de anos. As estrelas Wolf-Rayet geralmente terminam suas vidas como supernovas explosivas que se tornam estrelas de nêutrons ultradensas.

O HD45166 é relativamente leve, com apenas o dobro da massa do Sol. No entanto, inexplicavelmente produz ventos estelares torrenciais comparáveis a um Wolf-Rayet normal. É o tipo de paradoxo que fascina os astrônomos.

“Não olhei para a estrela porque estava procurando um progenitor magnetar”, diz Shenar. “Isso foi um subproduto, uma surpresa. A razão pela qual comecei a trabalhar nesta estrela, e fiquei cada vez mais obcecado, é que ela é única.”

Um progenitor magnetar

HD 45166 é a única estrela Wolf-Rayet conhecida com uma massa tão baixa. Se houvesse outros por aí, pensou Shenar, eles já deveriam ter sido facilmente encontrados. “Isso me deixou realmente cético sobre as análises anteriores”, diz ele. “Eu estava lendo toda a literatura imaginando o que poderia ser, e me lembro de estar sentado à minha mesa e pensar: ‘Espere, e os campos magnéticos?’”

A análise cuidadosa dos espectros estelares de pesquisadores anteriores de repente lembrou Shenar de estrelas com fortes campos magnéticos que ele havia estudado. Shenar procurou um especialista em campos magnéticos, Gregg Wade, do Royal Military College of Canada, em Kingston, Ontário. Wade levou algum tempo para ser convencido, mas eles se inscreveram para trabalhar no Telescópio Canadá-França-Havaí no topo de Maunakea, que é equipado com um espectropolarímetro, um instrumento que pode medir campos magnéticos.

As observações de Wade confirmaram as suspeitas de Shenar: HD 45166 é altamente magnético. Enquanto os espectros estelares normais apresentam bandas únicas que correspondem a vários elementos, campos magnéticos fortes em torno de uma estrela produzem múltiplas bandas espectrais para esses mesmos elementos – um fenômeno chamado divisão de Zeeman. A distância entre essas bandas revela a força do campo magnético. Para HD 45166, são impressionantes 43.000 gauss – cerca de 100.000 vezes mais forte que o campo magnético da Terra e a estrela massiva mais magnética encontrada até hoje.

Ainda assim, o campo magnético de um magnetar é de cerca de 1014 gauss, cerca de 10 bilhões de vezes maior. Para se tornar um magnetar, HD 45166 deve primeiro explodir como uma supernova e colapsar em uma estrela de nêutrons. Como um patinador no gelo puxando seus braços para girar mais rápido, quando uma estrela do tamanho do Sol colapsa em uma estrela de nêutrons medindo apenas 13 quilômetros de largura, seu fluxo magnético é conservado e a força do campo é multiplicada cerca de 10 bilhões de vezes.

Candidatos típicos a supernovas (e magnetares em potencial) têm a massa de oito sóis. Enquanto o HD 45166 tem apenas um quarto dessa massa, ele tem um último ás para jogar. Shenar diz que HD 45166 se tornará o que é chamado de supernova Tipo Ibc, completamente livre de hidrogênio. Cerca de 20 por cento das supernovas não têm hidrogênio algum, vindo de estrelas já despojadas de suas conchas e reduzidas a núcleos de hélio nus, que são mais pesados em volume que o hidrogênio.

A concepção deste artista mostra os poderosos campos magnéticos do magnetar que o HD 45166 eventualmente se tornará. Crédito: NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld/M. Zamani

Fusões e aquisições

A equipe de Shenar também propõe um modelo de como HD 45166 se tornou uma estrela tão incomum em primeiro lugar: eles acham que é o produto de uma fusão de duas estrelas de hélio que evoluíram muito próximas. Uma cresceu mais rápido, tornando-se tão grande que o material começou a fluir para sua companheira mais próxima, que então ultrapassou a primeira estrela em tamanho, tirando-a de sua casca de hidrogênio e criando uma estrela de hélio.

Com o material adicionado, a estrela companheira evoluiu mais rápido do que a primeira estrela despojada. À medida que a proporção de massa se tornou mais extrema, o fluxo de gás entre eles se inverteu, envolvendo-os em um redemoinho de troca estelar que os astrônomos chamam de estágio de envelope comum. Essa fase fez com que a distância entre os dois núcleos estelares diminuísse até que se fundissem em uma única estrela de hélio.

O resultado é um objeto fascinante, diz Shenar. “Como um laboratório para campos magnéticos muito fortes, esta estrela nos oferece algo que simplesmente não podemos imitar ou estudar em outro lugar.”

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