Corra, estrela, corra

Título: Hypervelocity runaways from the Large Magellanic Cloud

Autores: D. Boubert, D. Erkal, N.W. Evans, R.G. Izzard

Instituição do primeiro autor: Institute of Astronomy, University of Cambridge, Reino Unido

Status: Publicado no MNRAS [acesso aberto]

As estrelas mais velozes da Galáxia são aquelas orbitando o buraco negro supermassivo central. No momento de aproximação máxima do buraco negro, essas estrelas podem atingir velocidades da ordem de 10000 km/s ou mais. Sua origem é atribuída ao mecanismo de Hills: se um sistema binário se aproxima da vizinhança do buraco negro central, por interação gravitacional uma das estrelas pode ser capturada, enquanto a outra é ejetada.

Algumas estrelas extremamente velozes também foram descobertas no halo da Galáxia, viajando a velocidades excedendo 500 km/s, algumas podendo até ter velocidade suficiente para escapar da atração gravitacional da Via-Láctea. Essas estrelas são chamadas de hipervelozes e foram possivelmente aceleradas pelo buraco negro central via mecanismo de Hills, embora explicações alternativas também tenham sido propostas. Os autores do artigo de hoje exploram um cenário alternativo: as estrelas hipervelozes da Via-Láctea poderiam ter originado-se na Grande Nuvem de Magalhães?

Para responder a essa pergunta, os autores primeiro geraram uma população de estrelas sintéticas, levando em conta o histórico de formação estelar específico da Grande Nuvem e dando atenção especial à modelagem da evolução de estrelas binárias. Eles identificam então possíveis estrelas em fuga, que são aquelas ejetadas em interações binárias, especialmente depois de explosões de supernova. Essas estrelas, ou remanescentes estelares, podem receber impulsos de até 100 km/s, em particular se uma supernova ocorre em um sistema em que as estrelas estão bastante próximas. Isso pode acontecer na Via-Láctea também, mas como a Grande Nuvem é significativamente menos massiva, sua velocidade de escape é menor e impulsos menos extremos são necessários para atingi-la.

Como próximo passo, as estrelas em fuga identificadas são colocadas em uma simulação dinâmica em larga-escala unindo a Grande Nuvem e a Via-Láctea. Realizar essa simulação torna possível descobrir as possíveis posições e velocidades atuais dessas estrelas. Finalmente, os autores computam as propriedades observáveis de todas as estrelas na simulação, para checar a viabilidade de detecção de uma população de estrelas em fuga da Grande Nuvem como estrelas supervelozes na Via-Láctea em observações presentes ou futuras.

Figura 1: A distribuição atual esperada no céu das estrelas em fuga da Grande Nuvem. A maioria delas já evoluiu para remanescentes estelares, mas centenas de estrelas da sequência principal podem ter sobrevivido. Estrelas supervelozes catalogadas são marcadas por cruzes vermelhas, mas a área abaixo da linha tracejada em particular ainda não foi minuciosamente vasculhada. Há uma versão animada desta figura disponível neste link. [Figura 2 do artigo, com a linha tracejada adicionada para indicar a posição do equador celeste.]
A população de estrelas em fuga da Grande Nuvem prevista pelos autores é consistente com diversas observações recentes. Primeiramente, as estrelas mais brilhantes na Grande Nuvem, estrelas massivas com maior probabilidade de terem uma companheira ou serem estrelas em fuga, mostram movimentos que geralmente coincidem com as previsões. Em segundo lugar, existem estrelas jovens jovens na borda da Grande Nuvem, longe das regiões de formação. Em terceiro lugar, uma fração excepcionalmente grande de estrelas de sequência principal massivas formadas no braço principal da Grande Nuvem aparenta não ter uma companheira.

Mas poderiam as estrelas supervelozes da Via-Láctea serem de fato estrelas em fuga da Grande Nuvem? Os autores dizem ser uma possibilidade realista. Eles estimam que dezenas de milhares de estrelas escaparam da Grande Nuvem ao longo dos últimos 2 Gyr e que milhares poderiam ter sobrevivido como estrelas de sequência principal observáveis hoje. Muitas delas poderiam também ter velocidade para escapar da Via-Láctea, sendo classificadas como supervelozes.

As buscas mais recentes e extensas por estrelas supervelozes infelizmente ainda não tiveram a chance de encontrar a maioria das estrelas supervelozes da Grande Nuvem, porque o hemisfério sul não foi inteiramente observado por programas como o Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Mas as poucas estrelas hipervelozes encontradas até agora estão concentradas em uma região do céu que se estende ao longo do caminho projetado da Grande Nuvem, onde detecções de estrelas em fuga da Grande Nuvem seriam esperadas, e elas tem velocidades e distâncias compatíveis com uma origem na LMC (Figura 1).

Contudo, as estrelas supervelozes conhecidas são um pouco mais massivas que as estrelas em fuga previstas. Essa discrepância com relação às observações poderia ser resolvida se as suposições consideradas para a evolução de binárias fossem diferentes. Mais importante, seria necessário ter melhor conhecimento dos parâmetros descrevendo a fase de envelope comum, que ainda é pouco compreendida.

Os autores concluem que ao menos algumas das estrelas em fuga da Grande Nuvem, sendo produtos inevitáveis da formação estelar, devem ser estrelas supervelozes na Via-Láctea. Se a missão Gaia puder ajudar a descobrir mais do que apenas algumas estrelas escapando da Grande Nuvem, as estrelas hipervelozes ainda serão especiais, mas talvez não tão raras quanto parece agora, e poderemos esperar uma boa oportunidade para entender melhor suas várias possíveis origens.


Original em inglês: Run away, star, por Philipp Plewa

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