Maré cósmica: O fascinante fenômeno da estrela de batimento cardíaco
Um gigante estelar imenso está sendo atingido por ondas violentas três vezes mais altas do que o nosso sol, colidindo em sua superfície. Conhecido como uma “estrela de batimento cardíaco”, o objeto extremo também pulsa periodicamente em brilho conforme a gravidade de um companheiro próximo o estica em uma forma oblata.
Na verdade, as imensas ondas desse estrela de batimento cardíaco específica estão sendo causadas por esse companheiro invisível, que passa em uma órbita altamente elíptica a cada 32,8 dias. Assim como a gravidade da lua serve como a fonte primária das marés da Terra, puxando nossos oceanos ao redor com ela, a gravidade desse companheiro da estrela de batimento cardíaco agita material do corpo estelar, arrastando-o em velocidades supersônicas para formar ondas titânicas.
O sistema binário de estrelas, conhecido como MACHO 80.7443.1718, reside a 169.000 anos-luz da Terra na Nuvem de Magalhães. Ele inclui uma estrela gigante primária com 35 massas solares e um companheiro secundário menor. Embora sua variação de brilho tenha sido identificada pela primeira vez em 1990, estrelas pulsantes semelhantes não foram observadas até que a missão do Telescópio Espacial Kepler da NASA as descobrisse.
Devido à distorção das estrelas maiores nesses sistemas, elas alternadamente apresentam seus lados mais largos e mais estreitos para os observadores, resultando em variações de brilho que se assemelham a um coração batendo. Como resultado, essas entidades celestiais foram chamadas de “estrelas de batimento cardíaco”.
Normalmente, as estrelas de batimento cardíaco exibem variações de brilho de cerca de 0,1%. No entanto, o MACHO 80.7443.1718 se comporta de maneira única. Seu brilho passa por aumentos regulares a cada 32,8 dias, resultando em um aumento de 20%, o que é 200 vezes maior do que as flutuações típicas observadas em outras estrelas de batimento cardíaco.
Por meio de simulações computacionais da dinâmica do gás na superfície da estrela primária massiva desse sistema, os astrofísicos Morgan MacLeod e Avi Loeb do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica determinaram que o MACHO 80.7443.1718 é mais adequadamente chamado de “estrela de desgosto”. A passagem do companheiro gera ondas imensas de plasma que colidem violentamente sobre a superfície gasosa, liberando uma quantidade enorme de energia.
Morgan MacLeod afirmou: “Cada impacto das altas ondas de maré da estrela libera energia suficiente para obliterar nosso planeta inteiro várias vezes.”
Essas ondas atingem uma altura impressionante de cerca de 4 milhões de quilômetros (2,5 milhões de milhas) acima da superfície da estrela primária. Elas se formam quando a estrela companheira alcança o ponto mais próximo, conhecido como periastron, em sua órbita de 32,8 dias ao redor da estrela primária. A própria estrela primária tem um raio massivo de 16,7 milhões de quilômetros (10,4 milhões de milhas), aproximadamente 24 vezes o tamanho do nosso sol. Suas camadas exteriores são menos densamente mantidas pela gravidade, tornando-as mais suscetíveis à distorção pelas marés gravitacionais.
Diferentemente das ondas oceânicas nas quais os surfistas montam a crista primeiro, essas enormes ondas estelares lideram com sua calha, com o material estelar se elevando atrás delas, a fim de conservar o momento angular. À medida que as ondas atingem seu auge, começam a perder coesão e se quebram, liberando sua energia e deixando para trás uma mistura turbulenta, como descreveu MacLeod.
Grande parte dessa mistura turbulenta é encontrada em um envelope de matéria estelar quente que envolve a estrela primária. Sempre que a estrela companheira alcança o periastron, ela rompe o envelope, causando sua destruição. O tsunami resultante contribui então para a reconstrução do envelope. Este envelope ganha velocidade de rotação devido à energia da onda e completa uma rotação a cada 4,4 dias. Dada a imensa dimensão da estrela, essa taxa de rotação é excepcionalmente rápida. Para comparação, nosso sol leva 27 dias para completar uma rotação em seu equador.
MacLeod e Loeb consideram o fenômeno da estrela de desgosto um resultado natural de sistemas estelares binários próximos. No entanto, a alta massa da estrela primária exacerba a situação.
Ao longo da longa vida de um par de estrelas com massa solar, suas órbitas ao redor uma da outra gradualmente se tornam mais circulares e menos turbulentas, encerrando assim a sequência de encontros próximos e deformações causadas por marés. No entanto, estrelas massivas semelhantes à estrela primária do MACHO 80.7443.1718 têm vidas significativamente mais curtas.
Por exemplo, o MACHO 80.7443.1718 tem apenas seis milhões de anos e está previsto para explodir como uma supernova nos próximos milhões de anos. Na verdade, ele já interrompeu a queima de hidrogênio em seu núcleo, fazendo a transição para a fusão de hélio, enquanto a queima de hidrogênio continua em suas camadas externas.
Essa mudança da queima de hidrogênio para a de hélio indica um iminente fim estelar. À medida que a estrela consome seu combustível, ela faz a transição do hidrogênio para o hélio e, posteriormente, para elementos mais pesados como carbono, oxigênio, néon e silício até alcançar um núcleo de ferro. Nesse ponto, as reações nucleares cessam, eventualmente levando a uma explosão de supernova.
Nesse caso específico, a transição da queima de hidrogênio para a de hélio faz com que as camadas externas da estrela se expandam significativamente, tornando-a mais vulnerável à perturbação causada pela estrela companheira. A vasta expansão da estrela primária amplifica os efeitos das interações de marés, resultando na criação de ondas cada vez maiores.
Uma pesquisa recente de dados coletados pelo Experimento de Lentes Gravitacionais Ópticas (OGLE) identificou 991 estrelas de batimento cardíaco adicionais, com cerca de 20 delas exibindo flutuações significativas de brilho, embora nenhuma tão extrema quanto o MACHO 80.7443.1718. Essa descoberta sugere que estrelas de batimento cardíaco podem ser mais comuns do que se pensava anteriormente, e o MACHO 80.7443.1718 poderia ser apenas o começo.
Morgan MacLeod comentou: “Essa estrela de desgosto pode ser a pioneira de uma nova classe de objetos celestes. Já estamos planejando uma busca por mais estrelas de desgosto, examinando as atmosferas brilhantes expelidas por suas ondas quebradas.” [Space]
