Buscando por anãs brancas variáveis com o GALEX

Título: Detections and Constraints on White Dwarf Variability from Time-Series GALEX Observations

Autores: Dominick M. Rowan, Michael A. Tucker, Benjamin J. Shappee, and J.J. Hermes

Instituição do primeiro autor: Institute for Astronomy, University of Hawaii, Honolulu, EUA

Status: submetido ao MNRAS, acesso aberto

Anãs brancas são estrelas na terceira idade, já tendo vivido a maior parte das suas vidas na sequência principal e passado pela fase de gigante. Cerca de 97% das estrelas vão terminar sua vida como anãs brancas. Essas estrelas não realizam mais processos de fusão no seu núcleo; seu brilho resulta de calor remanescente da sua vida passada. É fácil pensar em anãs brancas como “estrelas mortas”, fazendo nada no espaço além de esfriar. Contudo, essas estrelas ainda têm muita energia. Algumas anãs brancas pulsam: instabilidades na atmosfera fazem a estrela aumentar e diminuir de tamanho. Estudar essas pulsações pode nos ajudar a entender a estrutura interna da estrela. Anãs brancas podem também ser encontradas em sistemas binários eclipsantes, em que a companheira bloqueia a luz da anã branca. Estudar esses eclipses nos auxilia a estimar com precisão a massa e o raio das estrelas. Algumas anãs brancas apresentam atmosferas poluídas, com uma composição similar à da Terra, devido a acreção de sistemas planetários que antes orbitavam a estrela. Esse tipo de anã branca poluída pode nos auxiliar a estudar a composição de exoplanetas e entender os estágios finais da vida de um sistema planetário.

Todos esses tipos de atividade mudam o brilho aparente de uma anã branca. Existem inúmeros sistemas cuja variabilidade foi observada no ótico. Contudo, anãs brancas, por serem muito azuis, emitem uma grande quantia de luz em comprimentos próximo ao ultravioleta. O satélite GALEX observou no ultravioleta por nove anos, entre 2003 e 2012. Pedaços do céu eram observados por cerca de meia hora. Ao longo da sua vida, o GALEX observou cerca de 77% do céu. No artigo de hoje, os autores analisaram dados públicos do GALEX para buscar por anãs brancas mostrando variabilidade.

O que eles procuraram

Os autores primeiro compilaram uma lista de anãs brancas a partir de diversos catálogos. As estrelas na lista são mostradas na Fig. 1. Dessas estrelas, 23000 foram observadas pelo GALEX. Para facilitar a análise dessa grande quantia de dados, os autores definiram um algoritmo para encontrar os objetos com maior probabilidade de serem variáveis. Para isso, eles consideraram quatro diferentes “métricas” de variabilidade. A primeira métrica foi calcular um periodograma, que testa se os dados variam com um dado padrão (por exemplo, uma senoidal) para um intervalo de períodos. A segunda foi comparar os dados do GALEX para os dois filtros ultravioleta disponíveis, próximo e distante, para verificar se ambos variavam com o mesmo padrão. Os dois filtros foram observados simultaneamente, de modo que, se os padrões de variabilidade fossem diferentes, é provável que se devessem a ruído ou efeitos instrumentais, e não a variações na estrela. A terceira métrica analisou o valor eficaz (raiz do valor quadrático médio), uma medida simples de quanto espalhamento há nos dados. Por fim, a quarta métrica considerou a qualidade dos dados do GALEX para cada estrela. Um valor associado a cada métrica foi atribuído para cada estrela, e as pontuações foram combinadas para selecionar as candidatas a variáveis mais promissoras. Os autores analisaram os 10% da amostra com maior pontuação visualmente, para checar se a variabilidade era de fato real.

Figura 1: magnitude absoluta em função da cor para estrelas observadas pelo Gaia. As anãs brancas selecionadas no artigo de hoje são os pontos coloridos. Figura 1 no artigo.

O que eles encontraram

Os autores encontraram 63 anãs brancas variáveis, das quais 14 já eram conhecidas: 13 pulsantes e uma eclipsante. 41 anãs brancas entre as novas descobertas são pulsantes, e as 8 restantes são eclipsantes.

As estrelas pulsantes se acumulam em duas regiões em um diagrama HR (magnitude absoluta em função da cor, veja a Fig. 2). Isso é esperado, e pode ser explicado pelo fato de que a região em que anãs brancas pulsam depende da composição da sua atmosfera. A maioria das anãs brancas tem atmosfera de hidrogênio, mas algumas têm atmosfera de hélio. As diferentes propriedades desses dois elementos implicam que esses diferentes tipos de anãs brancas tornam-se instáveis em diferentes intervalos de temperatura (ou cor) e portanto ocupam regiões distintas no diagrama HR. O fato de que todas as estrelas pulsantes encontradas pelos autores estão onde se esperariam que estivessem no diagrama HR é um sinal muito promissor de que os resultados são válidos.

Figura 2: diagrama HR como na Fig. 1, mas focado na região de anãs brancas. Aquelas identificadas como variáveis são mostradas pelos números coloridos; a cor corresponde ao tipo de variabilidade. Pulsantes acumulam-se em duas regiões do diagrama, correspondendo às faixas de instabilidade de anãs brancas com atmosfera de hidrogênio (cor ~ -0.4) e hélio (cor ~ 0.1). Os sistemas eclipsantes são ligeiramente mais brilhantes que as anãs brancas em geral, já que consistem de duas estrelas. Figura 2 no artigo.

Na Fig. 3, você pode ver as curvas de luz dos novos sistemas eclipsantes. Sistemas como esses nos dão algumas das medidas mais precisas de raio e massa estelares.

Figura 3: curva de luz (fluxo em função do tempo) para os nove sistemas eclipsantes no artigo de hoje. O primeiro sistema já era conhecido, os demais são novas descobertas. Dados do infravermelho próximo são mostrados em azul, e ultravioleta em vermelho. Figura 4 no artigo.

Por último, os autores comentam que não encontraram nenhuma anã branca mostrando trânsitos devido à presença de um sistema planetário. Isso não é surpreendente: esses sistemas são raros e apenas um é conhecido. Usando seus dados, os autores simularam trânsitos planetários para estimar a probabilidade de que eles seriam capazes de detectá-los. Dado que nenhum sistema foi detectado, os autores estimam que apenas cerca de 0,5% das anãs brancas apresentam trânsitos planetários.

As anãs brancas encontradas neste artigo nos dão uma excelente oportunidade para estudos futuros. Cada uma dessas estrelas pulsantes e eclipsantes pode ser observada com outros métodos (como espectroscopia) para que possamos caracterizá-las em mais detalhes. Aumentar o número de estrelas com boas medidas nos dá uma maior amostra de objetos para estudos estatísticos, auxiliando-nos a entender a população como um todo. Analisando dados do passado, o artigo de hoje abriu portas para o futuro.


Adaptado de Hunting for Variable White Dwarfs in the GALEX Archives, escrito por Matthew Green.

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