Algumas estrelas binárias são incomuns. Eles contêm uma estrela da sequência principal como o nosso Sol, enquanto a outra é uma estrela anã branca “morta” que deixou a fusão para trás e emana apenas calor residual. Quando a estrela da sequência principal envelhece e se torna uma gigante vermelha, as duas estrelas compartilham um envelope comum.
Esta fase de envelope comum é um grande mistério na astrofísica e, para entender o que está acontecendo, os astrônomos estão construindo um catálogo de binárias de anãs brancas de sequência principal.
Os binários de envelope comum (CE) são importantes porque são os progenitores de Supernovas tipo 1a. Quando a estrela da sequência principal se transforma em uma gigante vermelha, a anã branca compacta e gravitacionalmente poderosa afasta matéria dela. Esta matéria acumula-se na superfície da anã branca até atingir um ponto crítico e depois detona como uma supernova.
Os binários CE também são importantes porque podem se fundir e emitir ondas gravitacionais, outro fenômeno astrofísico que precisa de melhor compreensão.
Em uma nova pesquisa, astrônomos da Universidade de Toronto identificaram 52 candidatos com altas probabilidades de serem binários CE. A pesquisa é “O primeiro catálogo de binários candidatos de anã branca – sequência principal em aglomerados estelares abertos: uma nova janela para a evolução do envelope comum.” Foi publicado no Astrophysical Journal e o autor principal é Steffani Grondin, estudante de pós-graduação do Departamento David A. Dunlap de Astronomia e Astrofísica da U of T.
“Apesar da sua importância, a evolução da CE pode ser uma das maiores incertezas na evolução binária”, escrevem os autores na sua investigação.
“As estrelas binárias desempenham um papel importante no nosso universo”, disse o autor principal Grondin. “Esta amostra observacional marca um primeiro passo fundamental para nos permitir traçar os ciclos de vida completos dos binários e esperançosamente nos permitirá restringir a fase mais misteriosa da evolução estelar.”
A investigação utilizou enormes conjuntos de dados provenientes de três fontes: da ESA Nave espacial GaiaO Pan-STARRS1 inquérito, e o Pesquisa 2MASS. A equipe usou técnicas de aprendizado de máquina para vasculhar o conjunto de dados em busca de binários candidatos de anã branca de sequência principal (MSWD) em 299 aglomerados estelares abertos na Via Láctea. Os clusters abertos foram escolhidos porque podem fornecer uma restrição de idade independente para o sistema, permitindo aos pesquisadores rastrear a evolução dos binários desde antes da fase CE até depois da fase CE. Os pesquisadores encontraram 52 candidatos de alta probabilidade em 38 grupos abertos.
Este número representa um grande aumento no número de binários MSWD conhecidos. Apenas dois eram conhecidos anteriormente. O aprendizado de máquina é uma ferramenta poderosa que permite aos astrônomos trabalhar com enormes conjuntos de dados para descobrir resultados difíceis de distinguir, e este estudo não é exceção.
“O uso do aprendizado de máquina nos ajudou a identificar assinaturas claras para esses sistemas únicos que não conseguimos identificar facilmente apenas com alguns pontos de dados”, diz o coautor Joshua Speagle, professor do Departamento de Pesquisa David A. Dunlap. Astronomia e Astrofísica e Departamento de Ciências Estatísticas da U of T. “Também nos permitiu automatizar a nossa pesquisa em centenas de aglomerados, uma tarefa que teria sido impossível se estivéssemos tentando identificar esses sistemas manualmente.”
A coautora do estudo, Maria Drout, também é professora do Departamento David A. Dunlap de Astronomia e Astrofísica da U of T. Drout diz que os resultados da equipe ilustram quantas coisas em nosso Universo estão “escondidas à vista de todos” se apenas tivéssemos as ferramentas para vê-los. À medida que nossos telescópios e ferramentas de pesquisa se tornam mais criteriosos e reúnem conjuntos de dados maiores, nossas ferramentas de aprendizado de máquina tornam esses conjuntos de dados menos opacos.
Drout ressalta que encontrar os binários MSWD em clusters abertos é a chave.
“Embora existam muitos exemplos deste tipo de sistema binário, muito poucos têm as restrições de idade necessárias para mapear completamente a sua história evolutiva. Embora ainda haja muito trabalho para confirmar e caracterizar completamente estes sistemas, estes resultados terão implicações em múltiplas áreas da astrofísica,” explica Drout.
A evolução dos sistemas CE é mal compreendida. Os astrofísicos não sabem como a energia é dissipada durante a fase CE, como a metalicidade estelar afeta o desenvolvimento do CE ou como os parâmetros binários iniciais predizem as configurações orbitais pós-CE. Essas são apenas algumas de suas perguntas sem resposta.
Este estudo não pode responder a todas essas questões, mas ao produzir o maior catálogo de binários MSWD, a equipe está preparando o terreno para que os pesquisadores façam progressos.
Grondin e seus colegas pesquisadores fizeram espectroscopia de acompanhamento em um subconjunto de três sistemas com os observatórios Gemini e Lick. Eles confirmaram que dois deles eram binários MSWD.
Eles também recuperaram curvas de luz de arquivo do TESS, Kepler e Zwicky Transient Facility. Todos os três candidatos mostraram clara variabilidade em suas curvas de luz. Isso poderia indicar rotação rápida da anã M ou modulações elipsoidais em um binário de curto período. Os pesquisadores explicam que o catálogo pode estar contaminado, embora não de forma muito significativa, por WDs únicos ou binários MS+MS.
Os chutes de Natal provavelmente influenciarão os resultados. Muitos dos candidatos a MSWD mostram deslocamentos de seus grupos de hospedeiros, sugerindo que os chutes natais foram transmitidos quando o WD se formou ou durante a ejeção comum do envelope. Como 78% dos clusters abertos observados não tinham candidatos, os autores pensam que alguns binários MSWD foram ejetados de seus clusters por chutes natais.
“Em última análise, este catálogo é um primeiro passo para obter um conjunto de referências observacionais para melhor ligar os sistemas pós-CE aos seus progenitores pré-CE”, escrevem os autores na sua investigação.
Observações mais espectroscópicas dos candidatos ajudarão a confirmar mais deles como binários MSWD. Uma pesquisa ampliada também poderia ajudar a identificar candidatos a MSWD que foram expulsos de seus clusters por chutes natais.
Como é frequentemente o caso na astronomia e na astrofísica, é necessário um conjunto de dados maior antes que os investigadores possam chegar a quaisquer conclusões.
“Em última análise, este catálogo é um primeiro passo necessário num esforço maior para fornecer restrições observacionais na fase CE”, escrevem os autores, observando que uma caracterização detalhada de alguns dos candidatos nesta amostra já está em andamento. A amostra maior permitirá aos pesquisadores vincular as massas de binários pós-CE com progenitores pré-CE.
“Com estes benchmarks observacionais, esta amostra ajudará nos esforços para desbloquear novos insights importantes sobre uma das fases mais incertas da evolução binária”, concluem os autores.
