Vendo Dobrado: estrelas binárias em galáxias anãs

Introdução

Títulos: The Binary Fraction of Stars in Dwarf Galaxies: the Cases of Draco and Ursa Minor

Autores: Meghin Spencer, Mario Mateo, Edward Olszewski, Matthew Walker, Alan McConnachie, Evan Kirby

Instituição do primeiro autor: University of Michigan, Ann Arbor, MI

Status: Astronomical Journal [acesso aberto]

Introdução

Estrelas jovens não são apenas crianças sozinhas no espaço. Na verdade, achamos que a maioria das estrelas nascem em sistemas binários ou múltiplos, ou seja, têm os seus próprios irmãos nos cosmos. Mas quantos sistemas binários estão por aí?

Entender a fração de estrelas binárias é importante no estudo de galáxias. Por exemplo, o número de sistemas binários pode afetar algumas estimativas de parâmetros globais de galáxias como taxas de formação estelar, que dependem fortemente de modelos de populações estelares. As estrelas binárias também podem levar a eventos como supernovas Tipo Ia (as explosões termonucleares de algumas estrelas anãs brancas com companheiros binários), portanto, conhecer a fração de estrelas binárias pode nos ajudar a descobrir as taxas desses eventos.

Estrelas binárias podem ser ainda mais importantes nas galáxias menores e mais fracas, chamadas “ultra-faint dwarf galaxies” (UFDs). UFDs são sistemas estranhos. Eles parecem ser híbridos entre aglomerados globulares e galáxias anãs, mas eles são classificados como “galáxias” em vez de aglomerados estelares. Essa classificação é, em parte, porque as UFDs (como outras galáxias) parecem ser dominadas pela matéria escura com base nas observações das velocidades de suas estrelas.

Como é que isso funciona? A dispersão de velocidade (uma medida de quanto as velocidades das estrelas diferem do movimento médio da galáxia) é alta para uma UFD. Isso sugere que há muita massa na galáxia, fazendo as estrelas orbitarem rapidamente em torno do centro de massa da galáxia. As dispersões de velocidade são ainda altas o suficiente para implicar que há mais matéria em UFDs do que apenas a matéria visível: logo, matéria escura! Isso poderia fazer das UFDs alvos promissores para investigar a física da matéria escura.

Mas as estrelas binárias podem estragar tudo isso. À medida que as estrelas em sistemas binários se movem em torno de seus companheiros, elas podem aumentar a dispersão de velocidade de uma galáxia e fazer parecer que a galáxia tem mais massa do que realmente tem. Se as UFDs tiverem altas frações de estrelas binárias, eles podem não ter tanta matéria escura quanto pensamos!

Métodos

Para analisar se as UFDs realmente têm muita matéria escura, precisamos saber se as UFDs têm muitas estrelas binárias. Infelizmente, não há muitas medições das velocidades das estrelas nas UFDs. Assim, o artigo de hoje faz o seguinte: os autores estudam as primas das UFDs, chamadas “galaxias anãs esferoidais” (dSphs). Essas galáxias não são tão insignificantes quanto as galáxias anãs ultra-fracas, mas ainda têm massas baixas em comparação com sistemas grandes como a Via Láctea.

Muitas velocidades estelares foram medidas em galáxias dSph em diferentes momentos, e os autores aproveitaram esses dados. Eles apresentam um modelo para a distribuição de velocidades estelares em uma galáxia. Esse modelo recebe muitas entradas, incluindo a fração de estrelas binárias, bem como vários parâmetros que descrevem sistemas binários. Usando técnicas bayesianas, os autores ajustam o modelo às distribuições de velocidade observadas em diferentes galáxias dSph. Os modelos de melhor ajuste (Figura 1) fornecem estimativas dos parâmetros de entrada, incluindo a fração de estrelas binárias em cada galáxia.

Figura 1. A distribuição de mudanças na velocidade (\beta) para 7 galáxias dSph diferentes (painéis diferentes). A linha preta marca a distribuição observada e a região sombreada azul é o modelo de melhor ajuste. Para comparação, a região sombreada em vermelho é um modelo sem estrelas binárias. A maioria das 7 galáxias parece ter uma fração não nula de estrelas binárias. (Figura 9 do artigo.)

Resultados

Os modelos de melhor ajuste fornecem muitas informações sobre os sistemas binários em cada galáxia anã que os autores descrevem e comparam com a literatura. Para simplificar, vamos nos concentrar apenas na fração binária.

Os autores apresentam as primeiras medições das frações binárias das dSphs de Draco e Ursa Maior, e eles verificam que suas medidas de fração binária para 5 outras dSphs estão de acordo com os valores da literatura. Eles então comparam as frações binárias para todas as 7 dSphs, e encontram que as chances de todas as dSphs terem a mesma fração binária são incrivelmente baixas! Isso sugere que não podemos simplesmente assumir uma fração binária constante para todas as galáxias anãs.

Em seguida, os autores dão um passo além para tentar descobrir quais propriedades em dSphs afetam a fração binária. Eles acham que as dSphs com menores dispersões de velocidade parecem ter frações binárias mais baixas (Figura 2)! Se esta tendência se estender às galáxias UFD (que têm dispersões de baixa velocidade), isso pode significar que as UFDs não possuem muitas estrelas binárias. Essa é uma boa notícia para os amantes da matéria escura – isso significa que as dispersões de velocidade das UFDs podem não estar muito contaminadas por estrelas binárias, portanto, as UFDs podem, de fato, ter muita matéria escura.

Figura 2. A dispersão de velocidade estelar \sigma de 7 galáxias dSph como uma função de suas frações binárias f. Isto sugere que as galáxias dSph com maiores dispersões de velocidade podem ter maiores frações de estrelas binárias. Os autores fizeram muitas outros plots como esse, mas esse parâmetro teve a correlação mais convincente com a fração binária. (Figura 14 do artigo)

É difícil fazer afirmações definitivas com base apenas em 7 galáxias dSph, mas esses potenciais resultados abrem espaço para muitas perguntas sobre estrelas binárias. Que mecanismo físico faz com que dSphs tenham frações binárias diferentes? As tendências que os autores apresentaram para dSphs ainda valem para galáxias anãs ultra-fracas?

Como de costume, um resultado científico interessante leva a mais perguntas do que respostas.

Adaptado de Seeing Double: Binary stars in dwarf galaxies, escrito por Mia de los Reyes.

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