Estrelas binárias anãs ultrafrias quebram recordes

As duas estrelas estão tão próximas que levam menos de um dia terrestre para girar em torno uma da outra. Em outras palavras, o “ano” de cada estrela dura apenas 20,5 horas.

O sistema recém-descoberto, denominado LP 413-53AB, é composto por um par de anãs ultrafrias, uma classe de estrelas de massa muito baixa que são tão frias que emitem sua luz principalmente no infravermelho, tornando-as completamente invisíveis ao olho humano. . Eles são, no entanto, um dos tipos mais comuns de estrelas no universo.

Anteriormente, os astrônomos haviam detectado apenas três sistemas binários anões ultrafrios de curto período, todos relativamente jovens – com até 40 milhões de anos. Estima-se que LP 413-53AB tenha bilhões de anos – idade semelhante ao nosso sol – mas tem um período orbital que é pelo menos três vezes menor do que todos os binários anões ultrafrios descobertos até agora.

“É emocionante descobrir um sistema tão extremo”, disse Chih-Chun “Dino” Hsu, um astrofísico do Noroeste que liderou o estudo. “Em princípio, sabíamos que esses sistemas deveriam existir, mas nenhum desses sistemas havia sido identificado ainda.”

Hsu apresentará esta pesquisa durante uma coletiva de imprensa no 241º Encontro da American Astronomical Society em Seattle. “A descoberta do binário anão ultracool de período mais curto” ocorrerá às 14h15 PST na terça-feira, 10 de janeiro, como parte de uma sessão sobre “Estrelas e suas atividades”.

Hsu é um pesquisador de pós-doutorado em física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do Centro de Exploração Interdisciplinar e Pesquisa em Astrofísica (CIERA) da Northwestern. Ele começou este estudo enquanto era Ph.D. aluno da UC San Diego, onde foi orientado pelo professor Adam Burgasser.

A equipe descobriu pela primeira vez o estranho sistema binário enquanto explorava dados de arquivo. Hsu desenvolveu um algoritmo que pode modelar uma estrela com base em seus dados espectrais. Ao analisar o espectro de luz emitido por uma estrela, os astrofísicos podem determinar a composição química, temperatura, gravidade e rotação da estrela. Esta análise também mostra o movimento da estrela à medida que se aproxima e se afasta do observador, conhecido como velocidade radial.

Ao examinar os dados espectrais do LP 413-53AB, Hsu notou algo estranho. As primeiras observações capturaram o sistema quando as estrelas estavam aproximadamente alinhadas e suas linhas espectrais se sobrepunham, levando Hsu a acreditar que era apenas uma estrela. Mas conforme as estrelas se moviam em suas órbitas, as linhas espectrais se deslocavam em direções opostas, dividindo-se em pares em dados espectrais posteriores. Hsu percebeu que na verdade havia duas estrelas trancadas em um binário incrivelmente compacto.

Usando telescópios poderosos no Observatório WM Keck, Hsu decidiu observar o fenômeno por si mesmo. Em 13 de março de 2022, a equipe direcionou os telescópios para a constelação de Touro, onde o sistema binário está localizado, e o observou por duas horas. Então, eles seguiram com mais observações em julho, outubro e dezembro.

“Quando estávamos fazendo essa medição, pudemos ver as coisas mudando em alguns minutos de observação”, disse Burgasser. “A maioria dos binários que seguimos tem períodos orbitais de anos. Então, você obtém uma medição a cada poucos meses. Então, depois de um tempo, você pode juntar as peças do quebra-cabeça. Com este sistema, poderíamos ver as linhas espectrais se afastando em tempo real. É incrível ver algo acontecer no universo em uma escala de tempo humana.”

As observações confirmaram o que o modelo de Hsu previu. A distância entre as duas estrelas é cerca de 1% da distância entre a Terra e o Sol. “Isso é notável, porque quando eram jovens, com cerca de 1 milhão de anos, essas estrelas estariam umas sobre as outras”, disse Burgasser.

A equipa especula que as estrelas migraram umas para as outras à medida que evoluíram, ou podem ter-se juntado após a ejeção de um terceiro – agora perdido – membro estelar. Mais observações são necessárias para testar essas ideias.

Hsu também disse que, ao estudar sistemas estelares semelhantes, os pesquisadores podem aprender mais sobre planetas potencialmente habitáveis ​​além da Terra. As anãs ultrafrias são muito mais fracas e mais fracas que o sol, então qualquer mundo com água líquida em suas superfícies – um ingrediente crucial para formar e sustentar a vida – precisaria estar muito mais próximo da estrela. No entanto, para LP 413-53AB, a distância da zona habitável passa a ser a mesma da órbita estelar, impossibilitando a formação de planetas habitáveis ​​neste sistema.

“Essas anãs ultrafrias são vizinhas do nosso sol”, disse Hsu. “Para identificar hospedeiros potencialmente habitáveis, é útil começar com nossos vizinhos próximos. Mas se binários próximos são comuns entre anões ultrafrios, pode haver poucos mundos habitáveis ​​a serem encontrados.”

Para explorar completamente esses cenários, Hsu, Burgasser e seus colaboradores esperam identificar mais sistemas binários anões ultrafrios para criar uma amostra de dados completa. Novos dados observacionais podem ajudar a fortalecer os modelos teóricos para a formação e evolução de estrelas binárias. Até agora, no entanto, encontrar estrelas binárias ultrafrias permaneceu um feito raro.

“Esses sistemas são raros”, disse Chris Theissen, co-autor do estudo e bolsista de pós-doutorado do chanceler na UC San Diego. “Mas não sabemos se são raros porque raramente existem ou porque simplesmente não os encontramos. Essa é uma questão em aberto. Agora temos um ponto de dados sobre o qual podemos começar a desenvolver. no arquivo por um longo tempo. A ferramenta de Dino nos permitirá procurar mais binários como este.”