O satélite da ESA descobre um fenómeno astrofísico totalmente novo relacionado com as anãs brancas

Esta descoberta pioneira baseia-se em dados recolhidos pelo satélite Gaia (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) da Agência Espacial Europeia (ESA), um satélite artificial cujo principal objetivo é obter medições das posições, distâncias e movimentos das estrelas e outros corpos celestes (astrometria).

O satélite foi lançado para o espaço a 19 de dezembro de 2013 e, em teoria, a sua missão deveria ter durado apenas cinco anos, mas, tendo em conta os seus enormes resultados, foi decidido prolongá-la várias vezes, atualmente, em teoria, até 2025.

O que Gaia revelou foi um comportamento anómalo num conjunto de anãs brancas. Basicamente, nestas estrelas, o processo de arrefecimento tinha parado há mais de oito mil milhões de anos.

O que é uma anã branca?

Falámos muitas vezes das estrelas e da sua evolução. Dependendo do seu tamanho, as estrelas têm diferentes fases finais. Se a estrela tiver uma massa superior a 8 massas solares, pode terminar a sua existência com uma supernova catastrófica e fascinante, ou pode colapsar numa estrela de neutrões, ou pode dar origem a um buraco negro estelar.

Se, pelo contrário, a estrela tiver uma massa inferior a 8 massas solares, não pode dar origem a fenómenos tão espetaculares e torna-se uma anã branca, uma pequena estrela semelhante à Terra, com uma luminosidade baixa, uma cor tendencialmente branca, mas uma massa semelhante ou mesmo ligeiramente superior à do Sol. Isto significa que a densidade destas estrelas é muito elevada, assim como a sua gravidade superficial.

Nestas estrelas, uma vez terminados o hidrogénio e o hélio, terminam também os processos de fusão nuclear, uma vez que não são capazes de desencadear reações termonucleares posteriores. Por conseguinte, não possuem fontes de energia autónomas capazes de contrariar o colapso gravitacional, sendo a pressão dos eletrões a única força que se opõe ao colapso.

No entanto, à medida que o colapso prossegue, as estrelas no seu interior arrefecem gradualmente até se extinguirem. No processo de arrefecimento, o plasma denso no interior da estrela cristaliza-se e a estrela solidifica.

Gaia detetou uma anomalia

No entanto, Gaia tinha observado em 2019 que algumas anãs brancas, em vez de se extinguirem gradualmente, tinham mantido o seu brilho constante durante um período mais longo do que os modelos evolutivos comummente aceites teorizam.

Por isso, foi recentemente publicado na Nature um estudo que apresenta uma nova teoria para este fenómeno, que, no entanto, se baseia num comportamento que é bem conhecido por nós na Terra.

De acordo com os investigadores, de facto, durante este processo de cristalização, um mecanismo de destilação sólido-líquido é desencadeado pelo esgotamento da fase sólida de impurezas mais pesadas.

Basicamente, o plasma contido no interior da estrela, em vez de se solidificar gradualmente do interior para o exterior como um bloco único, forma cristais sólidos densos imersos no líquido, que depois tendem a flutuar para a superfície.

Este comportamento significa que, à medida que os cristais se deslocam em direção à superfície da estrela, o líquido mais pesado desloca-se para o interior, havendo assim um transporte convectivo de material denso em direção ao centro da estrela, libertando energia gravitacional para interromper o processo de arrefecimento da estrela durante milhares de milhões de anos.

Porque é que algumas estrelas se comportam assim?

De acordo com este estudo, o comportamento diferente de algumas estrelas parece dever-se à sua diferente composição química. Se o teor de elementos pesados varia, o comportamento da estrela na sua fase final também varia.

Este estudo é particularmente importante porque as anãs brancas são frequentemente utilizadas como indicadores da idade das populações estelares. Obviamente, o arrefecimento tardio obriga a uma revisão do modelo atualmente utilizado para reconstruir a trajetória de formação das galáxias.

Referência da notícia:

Bédard, A., Blouin, S. & Cheng, S. Buoyant crystals halt the cooling of white dwarf stars. Nature 627, 286–288 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07102-y