Cerca de cinquenta anos atrás, os astrônomos previram qual será o destino final do nosso Sol. De acordo com a teoria, o Sol esgotará seu combustível de hidrogênio bilhões de anos a partir de agora e se expandirá para se tornar um Gigante Vermelho, seguido por derramar suas camadas externas e se tornar uma anã branca. Após mais alguns bilhões de anos de resfriamento, o interior cristalizará e se tornará sólido.
Até recentemente, os astrônomos tinham poucas evidências para apoiar essa teoria. Mas, graças à ESA's Observatório Gaia, os astrônomos agora são capazes de observar centenas de milhares de estrelas anãs brancas com imensa precisão - medindo sua distância, brilho e cor. Isso, por sua vez, permitiu que estudassem o que o futuro reserva para o nosso Sol, quando não é mais a estrela quente e amarela que conhecemos e amamos hoje.
O estudo que descreve esses achados apareceu recentemente na revista Natureza sob o título "Cristalização de núcleo e acumulação na sequência de resfriamento de anãs brancas em evolução". O estudo foi liderado por Pier-Emmanuel Tremblay, professor assistente da Universidade de Warwick, e incluiu vários pesquisadores do grupo de Astronomia e Astrofísica de Warwick, a Université de Montréal e a Universidade da Carolina do Norte.
Quando se trata de evolução estelar, décadas de observações combinadas com modelos teóricos permitiram aos astrônomos concluir o que acontecerá a uma estrela com base em sua classificação. Enquanto estrelas maiores (como super gigantes azuis) acabam se tornando supernovas e se tornam estrelas de nêutrons ou buracos negros, estrelas menores como o nosso Sol derramarão suas camadas externas para se tornarem nebulosas planetárias e, eventualmente, concluirão seu ciclo de vida como uma anã branca.
Essas estrelas ultra-densas continuam emitindo radiação enquanto esfriam, um processo que dura bilhões de anos. Eventualmente, seus interiores estarão frios o suficiente - cerca de 10 milhões de ° C (50 milhões de F) - para que a pressão extrema exercida sobre seus núcleos faça com que o material lá se cristalize e fique sólido. Estima-se que esse seja o destino de até 97% das estrelas na Via Láctea, enquanto o restante se tornará estrelas de nêutrons ou buracos negros.
Como as anãs brancas estão entre as estrelas mais antigas do Universo, elas são incrivelmente úteis para os astrônomos. Como seu ciclo de vida é previsível, eles são usados como "relógios cósmicos" para estimar a idade de grupos de estrelas vizinhas com um alto grau de precisão. Mas determinar o que acontece com as anãs brancas no final de seu ciclo de vida tem sido um desafio.
Anteriormente, os astrônomos eram limitados quando se tratava do número de anãs brancas que podiam estudar. Tudo isso mudou com a implantação de Gaia, um observatório espacial que passou os últimos anos medindo com precisão as posições, distâncias e movimentos das estrelas para criar o catálogo espacial 3D mais detalhado já feito.
Como Pier-Emmanuel Tremblay, um bolseiro de iniciação do ERC *, indicado num recente comunicado de imprensa da ESA:
“Anteriormente, tínhamos distâncias para apenas algumas centenas de anãs brancas e muitas delas estavam em grupos, onde todas tinham a mesma idade. Com Gaia, agora temos a distância, brilho e cor de centenas de milhares de anãs brancas para uma amostra considerável no disco externo da Via Láctea, abrangendo uma variedade de massas iniciais e todos os tipos de idades. ”
Em seu estudo, os astrônomos usaram dados de Gaia para analisar mais de 15.000 candidatos remanescentes estelares dentro de 300 anos-luz da Terra. A partir desta amostra, eles foram capazes de identificar um excesso no número de estrelas (também conhecido como acúmulo) que tinham cores e luminosidades específicas que não correspondiam a nenhuma massa ou idade.
Essa acumulação, uma vez comparada aos modelos evolucionários de estrelas, parecia coincidir com o estágio de desenvolvimento em que as estrelas perdem calor em grandes quantidades. Esse processo retarda o processo de resfriamento natural e faz com que as estrelas mortas parem de escurecer, o que as faz parecer até 2 bilhões de anos mais jovens do que realmente são.
"Esta é a primeira evidência direta de que as anãs brancas cristalizam ou transitam de líquido para sólido", explicou Tremblay em comunicado à imprensa da Warwick. "Previa-se cinquenta anos atrás que deveríamos observar um aumento no número de anãs brancas em certas luminosidades e cores devido à cristalização e só agora isso foi observado."
Esse padrão, onde a luminosidade não tem relação com a idade, foi uma das principais previsões feitas sobre a cristalização de anãs brancas há 50 anos. Agora que os astrônomos têm evidências diretas desse processo no trabalho, é provável que tenha um impacto sobre nossa compreensão de em que grupos estelares as anãs brancas devem ser incluídas.
"As anãs brancas são tradicionalmente usadas para datar por idade de populações estelares, como aglomerados de estrelas, o disco externo e a auréola em nossa Via Láctea", disse Tremblay. "Agora teremos que desenvolver melhores modelos de cristalização para obter estimativas mais precisas das idades desses sistemas".
Por exemplo, embora todas as anãs brancas se cristalizem em algum momento de sua evolução, o tempo necessário varia com base na estrela. Anãs brancas mais maciças esfriam mais rapidamente e atingem a temperatura na qual a cristalização ocorre mais cedo (em cerca de um bilhão de anos). As anãs brancas menores, que serão o nosso Sol, podem exigir até seis bilhões de anos para fazer a mesma transição.
"Isso significa que bilhões de anãs brancas em nossa galáxia já completaram o processo e são essencialmente esferas de cristal no céu", disse Tremblay. Enquanto isso, nosso Sol pode sofrer essa transição em cerca de dez bilhões de anos. Nesse ponto, nosso Sol terá encerrado sua fase de Galho Gigante Vermelho, se tornado uma anã branca e iniciado o processo de cristalização.
Esta é apenas a revelação mais recente que vem do Gaia missão, que passou os últimos cinco anos catalogando objetos celestes na Via Láctea e galáxias vizinhas. Antes do final da missão (prevista para 2022), mais duas liberações de dados estão agendadas, com a DR3 agendada para 2021 e a liberação final ainda a ser determinada.
* A pesquisa foi possível graças ao financiamento do Conselho Europeu de Pesquisa (CEI).
