Sistemas estelares binários

Sistemas binários de estrelas

No sistema binário J0806, duas estrelas anãs brancas orbitam uma a outra a cada 321 segundos. Os cientistas acham que as estrelas, a cerca de 1.600 anos-luz de distância, estão girando uma em direção à outra e acabarão por se fundir.

(Imagem: © NASA / Tod Strohmayer (GSFC) / Dana Berry (Chandra X-Ray Observatory))

Mais de quatro quintos dos pontos de luz que observamos no céu noturno são na verdade duas ou mais estrelas orbitando juntas. O mais comum dos sistemas estelares múltiplos são estrelas binárias, sistemas de apenas duas estrelas juntas. Esses pares vêm em uma variedade de configurações que ajudam os cientistas a classificar as estrelas e podem ter impactos no desenvolvimento da vida. Algumas pessoas até pensam que o sol é parte de um sistema binário.

Classificações binárias

Estrelas binárias são duas estrelas orbitando um centro de massa comum. A estrela mais brilhante é oficialmente classificada como a estrela primária, enquanto a menor das duas é a secundária (classificada como A e B respectivamente). Nos casos em que as estrelas têm brilho igual, a designação dada pelo descobridor é respeitada.

Os pares binários podem ser classificados com base em sua órbita. Binários largos são estrelas que têm órbitas que as mantêm separadas umas das outras. Essas estrelas evoluem separadamente, com muito pouco impacto de suas companheiras. Eles podem ter contido uma terceira estrela , que arrancou o companheiro distante para fora, embora tenha sido ejetada.

Os binários próximos , por outro lado, evoluem nas proximidades, capazes de transferir sua massa de um para o outro. As primárias de alguns binários próximos consomem o material de sua companheira, às vezes exercendo uma força gravitacional forte o suficiente para puxar a estrela menor completamente. [ Infográfico: Como os planetas 'Tatooine' orbitam estrelas gêmeas de Kepler-47 ]

Os pares também podem ser classificados com base na forma como são observados, um sistema que possui categorias sobrepostas. Binários visuais são duas estrelas com uma separação ampla o suficiente para que ambas possam ser vistas através de um telescópio ou mesmo com um par de binóculos. Cinco a 10 por cento das estrelas visíveis são binários visuais.

Os binários espectroscópicos parecem próximos mesmo quando vistos por um telescópio. Os cientistas devem medir os comprimentos de onda da luz que as estrelas emitem e determinar sua natureza binária com base nas características dessas medições.

Binários em eclipse são duas estrelas cujas órbitas estão em um ângulo que, da Terra, uma passa na frente da outra, causando um eclipse. Este recurso é baseado na linha de visão, e não em qualquer característica particular do par.

Binários astrométricos são estrelas que parecem dançar em torno de um espaço vazio; isto é, seus companheiros não podem ser identificados, mas apenas inferidos. Tal companheiro pode ser muito escuro para ser visto ou pode estar escondido no brilho da estrela primária.

Estrelas chamadas de estrelas duplas são duas que aparecem visualmente próximas umas das outras no céu, mas não estão necessariamente próximas uma da outra no espaço.

Descoberta e evolução

As primeiras estrelas binárias vistas foram binárias visuais. Em 1617, a pedido de um colega cientista, Galileu Galilei virou seu telescópio em direção à segunda estrela da extremidade do cabo da Ursa Maior, descobrindo que uma estrela parecia ser duas; no final das contas eram seis. Em 1802, Sir William Herschel , que catalogou cerca de 700 pares de estrelas, usou pela primeira vez o termo "binário" em referência a essas estrelas duplas.

As estrelas viajam ao redor da galáxia e, às vezes, uma estrela massiva captura uma que passa, criando um novo par binário. Mas este é um evento raro. Mais comumente, o envelope de gás e poeira que entra em colapso para formar uma estrela se divide e forma duas ou mais estrelas. Essas estrelas evoluem juntas, embora não necessariamente de forma idêntica.

Como um par de estrelas evolui depende da distância entre elas. Binários amplos têm muito pouco efeito um sobre o outro e, portanto, frequentemente evoluem como estrelas únicas. Binários próximos, no entanto, impactam a evolução uns dos outros, com transferências de massa alterando a composição das estrelas. Se uma estrela em um sistema binário próximo explodir em uma supernova ou se desprender de suas camadas externas e formar um pulsar, frequentemente a companheira é destruída. Se sobreviver, continuará a orbitar o corpo recém-formado, talvez passando mais de seu material.

Os sistemas binários de estrelas fornecem os melhores meios para os cientistas determinarem a massa de uma estrela. À medida que o par se puxa, os astrônomos podem calcular o tamanho e, a partir daí, determinar características como temperatura e raio. Esses fatores ajudam a caracterizar estrelas de sequência principal única no universo.

Estrelas em vários sistemas podem ter um impacto direto na vida. Vários planetas já foram encontrados orbitando várias estrelas . A órbita dessas estrelas pode afetar a evolução da vida, que precisa de um sistema relativamente estável para se desenvolver. Embora os sistemas binários e múltiplos pareçam inicialmente assustadores , dado que uma ou mais estrelas estão constantemente se movendo para mais perto e mais longe dos planetas e mudando a quantidade de luz, calor e radiação que recebem, sistemas como binários amplos ou binários próximos poderiam realmente produzir condições em que a vida poderia eventualmente evoluir. [ 9 exoplanetas que podem hospedar vida alienígena ]

Em 2015, o astrofísico Paul Sutter - pesquisador do Observatório Astronômico de Trieste - escreveu no Space.com que parece improvável que a vida possa existir na maioria dos sistemas binários. 

"Embora os sistemas binários certamente tenham uma zona habitável, onde água líquida poderia potencialmente existir na superfície de um planeta, a vida pode ter dificuldade para se firmar. Orbitar duas estrelas ao mesmo tempo, como nosso amigo Kepler-47c faz, torna a vida muito elíptica, ocasionalmente trazendo o planeta para fora da zona. A vida não aceita muito bem frequentemente congelar", escreveu ele.

"Orbitando apenas uma estrela em um sistema binário? Bem, às vezes você terá duas estrelas no céu ao mesmo tempo, o que pode ser um pouco quentinho. E às vezes você terá uma estrela em cada face do planeta, estragando a noite. E não se esqueça das doses duplas de radiação UV e explosões solares. Com esse tipo de instabilidade, erratismo e irradiação, é difícil imaginar uma vida complexa evoluindo com o tipo de regularidade de que precisa."

O sistema estelar mais próximo da Terra - Alpha Centauri - inclui um par binário de estrelas, Alpha Centauri A e Alpha Centauri B. A terceira estrela, Proxima Centauri, está a cerca de um quinto de um ano-luz de distância (cerca de 13.000 distâncias Sol-Terra ; alguns astrônomos debatem se Proxima Centauri deve ser considerada parte do mesmo sistema.) Embora nenhuma estrela na zona habitável tenha sido encontrada na parte binária de Alpha Centauri, o planeta Proxima Centauri B foi anunciado em 2016 na região habitável de sua estrela. No entanto, os cientistas estão divididos quanto ao fato de uma estrela anã vermelha como Proxima Centauri ter um "clima espacial" estável o suficiente para evitar que a radiação ou ondas de calor diminuam a chance de vida em um planeta próximo. 

A estrela gigante vermelha Mira A (à direita) e sua companheira, um par binário próximo.

O sol é uma estrela binária?

Na década de 1980, os cientistas sugeriram a presença de Nemesis, uma segunda estrela - uma anã marrom, uma anã vermelha fraca ou uma anã branca - no sistema solar como uma razão por trás das extinções em massa periódicas que ocorreram na história da Terra, que alguns paleontólogos sugerem que ocorreu em ciclos de 26 milhões de anos, embora a natureza cíclica esteja em debate .

Em 2010, o Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA começou a procurar anãs marrons, embora não esteja procurando especificamente por uma no sistema solar. Mas se existe um companheiro, o WISE deve aumentá-lo. Nem o WISE nem o Two Micron All Sky Survey encontraram sinais de um companheiro, e no "Ask an Astrobiologist" da NASA , David Morrison, um cientista sênior da astrobiologia, afirmou que tal objeto teria sido claramente detectado por esses telescópios sensíveis.

Em 2017, um estudo mostrou que quase todas as estrelas como o sol provavelmente tinham um companheiro quando nasceram. Uma pesquisa usando o Very Large Array no Novo México e o James Clerk Maxwell Telescope no Havaí examinou dezenas de sistemas e descobriu que os mais novos geralmente tinham uma separação ampla, e os mais velhos, uma separação estreita. 

A modelagem sugeriu que a maioria das estrelas se formaria com uma distância entre elas e, em seguida, se aproximariam ou se separariam, rompendo as ligações gravitacionais. No caso do sol, ainda não está claro se Nemesis existiu. Se tivesse, o irmão do sol provavelmente se mudou há bilhões de anos.

Alguns cientistas sugerem que existem evidências de um Nemesis . As evidências que eles citam incluem a órbita distante do planeta anão Sedna, a borda bem definida do Cinturão de Kuiper (um disco de detritos em nosso sistema solar) e as órbitas de objetos na Nuvem de Oort (rochas geladas além da órbita de Plutão). 

Separadamente, há equipes de pesquisa perseguindo a pista de um suposto planeta gigante de gelo " Planeta Nove " que está na borda de nosso sistema solar. Em 2016, Konstantin Batygin e Mike Brown (ambos pesquisadores do California Institute of Technology) afirmaram que o Planeta Nove pode estar alterando as órbitas de objetos no Cinturão de Kuiper. Editor Paulo Gomes.