Tempos turbulentos: quando duas estrelas se aproximam

Traduzido de: Turbulent times: When stars approach

Astrofísicos do HITS usam novo método para simular a fase de envelope comum de estrelas binárias e descobrem irregularidades dinâmicas que podem auxiliar a explicar como as supernovas evoluem

HEIDELBERG INSTITUTE FOR THEORETICAL STUDIES (HITS)

 

Quando olhamos para o céu noturno, vemos as estrelas como pequenos pontos de luz vivendo sua solitária existência a distâncias enormes da Terra. Mas as aparências enganam. Mais da metade das estrelas que conhecemos têm uma companheira, uma segunda estrela próxima que pode ter uma enorme influência sobre sua companheira primária. A influência mútua nestes sistemas binários de estrelas fica particularmente intenso quando as estrelas passam por uma fase na qual elas são circundadas por um envelope comum, feito de hidrogênio e hélio. Comparada com o tempo total que as estrelas levam para evoluir, essa fase é extremamente curta, de forma que os astrônomos têm grandes dificuldades para observá-la e, desta forma, compreendê-la. É aqui onde entram modelos teóricos de simulação computadorizada. As pesquisas sobre este fenômeno são relevantes para a compreensão do fenômeno astronômico conhecido como supernovas.

Usando novos métodos, os astrofísicos Sebastian Ohlmann, Friedrich Roepke, Ruediger Pakmor e Volker Springel do Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS) deram um passo à frente na modelagem deste fenômeno. Conforme relatam em The Astrophysical Journal Letters, os cientistas usaram com sucesso simulações para descobrir irregularidades dinâmicas que acontecem durante a fase de envelope comum e são cruciais para a existência subsequente de sistemas binários de estrelas. Essas instabilidades modificam o fluxo da matéria para dentro do envelope, o que por sua vez influencia a distância entre as estrelas e estabelece, por exemplo, se vai resultar em uma supernova e, caso afirmativo, de que tipo será.

O artigo é fruto da colaboração entre dois grupos de pesquisa do HITS, o grupo de Física de Objetos Estelares (Physics of Stellar Objects = PSO) e o grupo de Astrofísica Teórica (Theoretical Astrophysics group  = TAP). O programa Arepo para simulações de hidrodinâmica do Prof. Volker Springel foi empregado e adaptado para a modelagem. Este resolve as equações em uma grade móvel que segue o fluxo de massa e, assim, aumenta a precisão do modelo.

Duas estrelas, um envelope

Mais da metade das estrelas conhecidas evoluíram em sistemas binários. A energia de sua luminosidade vem da fusão nuclear de hidrogênio em seus núcleos. Assim que o hidrogênio que alimenta a fusão acaba na estrela mais pesada, o núcleo da estrela encolhe. Ao mesmo tempo, começa a aparecer um envelope estelar grandemente estendido, feito de hidrogênio e hélio. Então a estrela se torna uma gigante vermelha.

Na medida em que o envelope da gigante vermelha continua a se expandir, a estrela secundária puxa o envelope para si por meio da gravidade e parte do envelope flui em sua direção. No descurso desse processo, as estrelas se aproximam. Por fim, a estrela secundária pode cair no envelope da gigante vermelha e ambas passam a ser circundadas pelo mesmo envelope. Quando os núcleos da gigante vermelha e da secundária se aproximam, a atração gravitacional entre eles libera energia que passa para o envelope comum. Em decorrência disso, o envelope é ejetado e se mistura à matéria interestelar da galáxia, deixando para trás um sistema binário próximo que consiste do núcleo da gigante vermelha e da estrela secundária.

O caminho para a explosão estelar

Sebastian Ohlmann do grupo PSO explica por que essa fase de envelope comum é importante para a compreensão dos modos como vários sistemas estelares evoluem: “Dependendo daquilo com o que o envelope comum se parece no início, muitos fenômenos diferentes podem se seguir no final, tal como uma supernova termonuclear”. Ohlmann e seus colegas estão investigando o roteiro dessas explosões estelares que estão entre os eventos mais luminosos do universo e podem iluminar toda uma galáxia. Porém a modelagem de sistemas que podem levar a tais explosões. é assolada pelas incertezas sobre a fase de envelope comum. Uma das razões para isto é que o núcleo da gigante vermelha é qualquer coisa entre mil e dez mil vezes menor do que o envelope, de forma que as diferenças nas escalas temporal e espacial complicam o processo de modelagem e tornam necessárias aproximações. As simulações metodicamente inovadoras realizadas pelos cientistas de Heidelberg são um primeiro passo para a compreensão dessa fase.

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Artigo publicado:

Ohlmann, S. T., Roepke, F. K., Pakmor, R., & Springel, V. (2016):
Hydrodynamic moving-mesh simulations of the common envelope phase in binary stellar systems, The Astrophysical Journal Letters, 816, L9, DOI: 10.3847/2041-8205/816/1/L9
http://arxiv.org/abs/1512.04529

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Discussão - 2 comentários

  1. João Carlos disse:

    Obrigado! E agora temos mais novidades: o choque de buracos negros capturado pelo LIGO.

  2. Andre disse:

    Muito Boa a matéria!!

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