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Buracos negros colidindo com estrelas escaldantes podem estar causando misteriosos flashes azuis no cosmos
No universo, existem misteriosas e poderosas explosões cósmicas azuis brilhantes chamadas Luminous Fast Blue Optical Transients (LFBOT) – e novas pesquisas podem finalmente ter algumas respostas sobre a origem dessas estranhas explosões.
A primeira destas explosões foi detectada em 2018, e apenas 14 foram detectadas desde então, levando a um sólido mistério para os astrónomos. Agora, porém, a equipa responsável pela nova investigação acredita que os eventos são causados quando um remanescente estelar compacto, como um buraco negro ou um estrela de nêutronsatinge a classe de estrelas mais quente do universo, corpos estelares massivos chamados Estrelas Wolf-Rayet.
Essas outras origens potenciais propostas para LFBOTs vão desde a morte de estrelas massivas no chamado colapso do núcleo supernovas a eventos extremos de perturbação de marés (TDEs), envolvendo buracos negros muito massivos rasgando e devorando estrelas. No entanto, para chegar ao fundo da questão, a equipa por detrás da nova investigação examinou as galáxias hospedeiras e os ambientes das LFBOTs para tentar determinar quais poderiam realmente ser os progenitores destes eventos explosivos. Esta análise revelou que as LFBOT emergem de ambientes muito diferentes daqueles gerados por alguns dos cenários de supernova sugeridos, e não ocorrem nos ambientes geralmente esperados para eventos de perturbação de marés.
“Como os LFBOTs são tão raros e suas propriedades de curva de luz são tão diferentes de muitos outros transientes, é difícil determinar quais são seus progenitores! Eles obviamente representam alguns fenômenos astrofísicos únicos, mas o que poderia ser permanece uma questão em aberto”, disse a líder da equipe de pesquisa Anya Nugent, do Centro de Astrofísica (CfA) da Universidade de Harvard, ao Space.com. O modelo que Nugent e colegas desenvolveram para os LFBOTs é a colisão de um remanescente estelar compacto com o núcleo de hélio que sobrou de uma estrela massiva que teve o seu envelope exterior de hidrogénio arrancado – uma estrela Wolf-Rayet.
“Achamos que isso descreve bem as propriedades transitórias e do hospedeiro”, explicou ela.
O que deixa as estrelas Wolf-Rayet tristes?
Ao contrário de outros modelos destinados a explicar LFBOTs como TDEs e supernovas de colapso do núcleo, o objeto compacto proposto pela equipe e o modelo de fusão Wolf-Rayet parecem justificar facilmente todas as propriedades transitórias e ambientais do LFBOT, apontou Nugent.
Nugent explicou que as fusões podem preferir galáxias com maior formação de estrelas e menos massivas como ambientes hospedeiros, ao contrário das supernovas de colapso do núcleo, que tendem a ocorrer em galáxias massivas com maior densidade estelar. Estes, ela disse, são perfeitos para criar sistemas binários que começam como duas estrelas massivas, uma retirando a matéria estelar da outra, transformando a “doadora” em uma estrela Wolf-Rayet. Essa estrela doadora eventualmente empurra a estrela “canibal” em direção à supernova com colapso do núcleo que a transformará em um buraco negro ou estrela de nêutrons. Eventualmente, a estrela Wolf-Rayet e sua companheira estelar remanescente se fundirão para lançar um LFBOT. Isso é importante porque, embora as estrelas binárias sejam comuns, nem qualquer sistema binário poderia lançar um LFBOT.
“Muitas estrelas massivas estão em sistemas binários, mas estas fusões ocorrem nas condições certas para que não se fundam muito cedo na sua evolução, mas as estrelas ainda estão suficientemente próximas umas das outras para poderem fundir-se,” disse Nugent.
No modelo de fusão binária da equipa, o objeto compacto está suficientemente próximo da sua companheira estelar para arrancar a sua camada exterior de hidrogénio sem destruir completamente a estrela. Depois de centenas a milhares de anos, o buraco negro ou estrela de nêutrons que se alimenta cai no núcleo estelar e o destrói, criando uma emissão luminosa.
“Este modelo de fusão será raro, semelhante à taxa dos LFBOTs, mas não tão raro a ponto de nunca esperarmos que isso aconteça”, acrescentou ela. “Essencialmente, esses ambientes são perfeitos para criar sistemas binários que se fundirão dessa forma.”
A equipe também teoriza por que os LFBOTs não parecem se originar em campos estelares densamente compactados, onde ocorreriam mais comumente colisões de buracos negros ou estrelas de nêutrons com estrelas Wolf-Rayet.
Nugent e a equipe justificam isso assumindo que o colapso da primeira estrela em um sistema binário que forma o objeto compacto, seja um buraco negro ou uma estrela de nêutrons, pode dar a todo o sistema um “impulso” que serve para afastá-lo de regiões de formação estelar densamente compactadas para regiões de galáxias mais escassamente povoadas.
“Assim, também temos uma justificação para a razão pela qual as LFBOT parecem estar mais deslocadas dos seus hospedeiros, explodindo em regiões onde há muito poucas estrelas, longe do seu local de nascimento, do que as supernovas com colapso do núcleo,” disse Nugent.
A equipe prefere seu modelo de origem LFBOT de colisão de remanescentes estelares de Wolf-Rayet porque eles raciocinam que os modelos TDE e de supernova têm lutado para explicar todas as propriedades observadas dessas explosões. Por exemplo, LFBOTs ocorrem em “ambientes circunstelares” muito densos. Estas são regiões nas quais as estrelas são envolvidas por material solto, o que é provavelmente o resultado da explosão de material pela estrela progenitora no passado.
“Isto não pode ser explicado facilmente com o modelo TDE ou mesmo com alguns dos modelos de supernovas”, disse Nugent. “Além disso, os LFBOTs têm propriedades diferentes e ocorrem em ambientes diferentes dos TDEs e das supernovas, por isso a grande questão é: se todos provêm das mesmas coisas, o que está a causar esta distinção?”
Nugent argumenta que a explicação mais plausível é que os LFBOTs vêm de um canal totalmente diferente e para a equipe, uma estrela de nêutrons ou um buraco negro colidindo com uma estrela Wolf-Rayet parece ser uma boa opção para todas as propriedades observadas dos LFBOTs.
Nugent reconhece, no entanto, que este modelo de origem só pode ser investigado de forma robusta quando os astrónomos aumentarem a população de LFBOTs conhecidas. Essa operação de descoberta é algo que Nugent espera que o Observatório Vera C. Rubin e seu recém-iniciado Levantamento Legado de Espaço e Tempo (LSST) de uma década desempenhem um papel importante.
“Rubin será incrível por descobrir LFBOTs mais fracos em distâncias cosmológicas ainda maiores, o que não só nos dará uma população maior, mas também nos mostrará como os LFBOTs e seus progenitores evoluíram ao longo do tempo cósmico”, concluiu ela.
Uma versão pré-revisada por pares dos resultados da equipe está disponível no site do repositório de pesquisa arXiv.
