Um objeto detectado com a ajuda de cientistas cidadãos estava se movendo tão rápido pela Via Láctea que poderia escapar da gravidade da galáxia e alcançar o espaço intergaláctico, descobriu uma nova pesquisa.
Provavelmente uma estrela vermelha tênue, o objeto voou a uma velocidade de cerca de 1,3 milhão de milhas por hora (600 quilômetros por segundo). Em comparação, o sol orbita ao redor da Via Láctea a uma taxa de 450 mil milhas por hora (200 quilômetros por segundo).
Se confirmado, o objeto seria a primeira estrela de massa muito baixa “hiperveloz” conhecida, de acordo com uma equipe de astrônomos e cientistas cidadãos cujo estudo foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal Letters.
Há muito mais estrelas de baixa massa do que estrelas de alta massa porque a formação de estrelas favorece objetos de menor massa e estrelas com mais massa têm vida útil mais curta, disse o coautor do estudo Roman Gerasimov, pesquisador de pós-doutorado no departamento de física e astronomia da Universidade de Notre Dame. Mas estrelas de baixa massa são mais difíceis de detectar porque são mais frias e menos luminosas.
Estrelas de hipervelocidade, cuja existência foi teorizada pela primeira vez em 1988 e descobertas em 2005, já são extremamente raras, o que torna essa nova descoberta “particularmente emocionante”, disse ele.
Voluntários que participam de um projeto chamado Backyard Worlds: Planet 9 detectaram pela primeira vez a estrela, chamada CWISE J124909.08+362116.0, ou J1249+36 para abreviar. Pesquisadores envolvidos no projeto buscam evidências de objetos não descobertos ou de um grande mundo hipotético, chamado Planeta Nove, no “quintal do sistema solar” além de Netuno.
Os participantes do Backyard Worlds procuram padrões e anomalias em imagens e dados coletados pela missão Wide-field Infrared Survey Explorer da NASA, que mapeou o céu em luz infravermelha de 2009 a 2011. (A agência espacial reatribuiu a missão como Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer em 2013 para monitorar asteroides e cometas próximos da Terra antes de aposentá-la completamente, em 8 de agosto.)
J1249+36 chamou a atenção dos cientistas cidadãos que vasculhavam os dados alguns anos atrás porque a estrela estava se movendo a cerca de 0,1% da velocidade da luz, de acordo com os autores do estudo.
“Não consigo descrever o nível de excitação”, disse o coautor do estudo Martin Kabatnik, um cientista cidadão de Nuremberg, Alemanha, em uma declaração. “Quando vi pela primeira vez o quão rápido ele estava se movendo, fiquei convencido de que já deveria ter sido relatado.”
Observações de acompanhamento de vários telescópios se concentraram no objeto e ajudaram a confirmar a descoberta.
“Foi aqui que a fonte se tornou muito interessante, pois sua velocidade e trajetória mostraram que ela estava se movendo rápido o suficiente para potencialmente escapar da Via Láctea”, disse o principal autor do estudo, Adam Burgasser, professor de astronomia e astrofísica na Universidade da Califórnia em San Diego, em uma declaração.
Resolvendo um mistério cósmico
A baixa massa da estrela inicialmente tornou difícil classificá-la, levando os astrônomos a questionar se era uma estrela de baixa massa ou uma anã marrom, um objeto celeste que não é bem uma estrela ou um planeta.
As anãs marrons são mais massivas do que os planetas, mas não tão massivas quanto as estrelas, e cientistas cidadãos trabalhando no projeto Backyard Worlds descobriram mais de 4.000 delas.
Mas nenhuma dessas anãs marrons estava acelerando em uma trajetória que as levaria para fora da galáxia como estrelas de hipervelocidade “descontroladas” observadas pelos astrônomos nas últimas duas décadas.
Os astrônomos observaram J1249+36 usando telescópios terrestres, incluindo o Observatório W. M. Keck em Mauna Kea no Havaí e o telescópio Pan-STARRS do Instituto de Astronomia da Universidade do Havaí localizado no vulcão Haleakalā de Maui.
Dados do Espectrógrafo Echellette de Infravermelho Próximo do Observatório Keck sugeriram que a estrela era uma subanã L, ou uma estrela com massa muito menor e temperatura mais fria do que o sol. Subanãs frias são as estrelas mais antigas da galáxia.
Os dados do telescópio refletiram que a estrela potencial tinha uma concentração menor de metais, como ferro, do que outras estrelas ou anãs marrons.
Ao combinar os dados de vários telescópios, os astrônomos determinaram a posição e a velocidade da estrela no espaço, permitindo-lhes prever que ela sairá da Via Láctea em algum momento. Mas ainda restam dúvidas sobre a verdadeira natureza do objeto.
“Calculei a massa deste objeto em aproximadamente 8% da massa do Sol comparando suas propriedades observadas com simulações de computador da evolução estelar”, disse Gerasimov. “Isso coloca este objeto bem no limite inferior das massas estelares permitidas, e é de fato possível que a massa do objeto esteja ligeiramente abaixo desse limite, o que implicaria que o objeto não é uma estrela, mas uma anã marrom.”
Descobrir mais detalhes sobre o objeto pode ajudar os astrônomos a determinar se ele representa uma população mais ampla de objetos de alta velocidade e baixa massa que passaram por acelerações extremas, de acordo com os autores do estudo.
Entender sua natureza exata também pode ajudá-los a determinar quando ele deixará a galáxia. Anteriormente, os astrônomos avistaram o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea dando um chute rápido em uma estrela, que deixará a galáxia para sempre em cerca de 100 milhões de anos.
Um chute estelar rápido
Os pesquisadores acreditam que há dois cenários possíveis que colocaram J1249+36 em seu caminho rápido.
A equipe do estudo disse que é provável que a estrela fosse companheira de uma estrela anã branca, que é o núcleo restante de uma estrela morta que expeliu os gases que servem como seu combustível nuclear. Nesses pares estelares, se as duas estrelas estiverem próximas, a anã branca sugará massa de sua companheira e terá uma explosão chamada nova. E quando a anã branca acumula muita massa, ela entra em colapso e explode em uma supernova.
“Nesse tipo de supernova, a anã branca é completamente destruída, então sua companheira é liberada e voa para longe em qualquer velocidade orbital em que estava se movendo originalmente, mais um pequeno chute da explosão da supernova também”, disse Burgasser. “Nossos cálculos mostram que esse cenário funciona. No entanto, a anã branca não está mais lá e os restos da explosão, que provavelmente aconteceu há vários milhões de anos, já se dissiparam, então não temos provas definitivas de que essa é sua origem.”
Outra possibilidade é que J1249+36 tenha existido em um aglomerado globular, ou um agrupamento de estrelas de formato esférico e intimamente ligado. Os astrônomos preveem que buracos negros com massas diferentes existem no centro de tais aglomerados. Os buracos negros podem formar pares binários que podem catapultar qualquer estrela que se aproxime demais.
“Quando uma estrela encontra um buraco negro binário, a dinâmica complexa dessa interação de três corpos pode lançar essa estrela para fora do aglomerado globular”, disse o coautor do estudo Kyle Kremer, professor assistente do departamento de astronomia e astrofísica da Universidade da Califórnia em San Diego, em uma declaração.
Kremer realizou simulações e descobriu que as interações de três corpos podem tirar uma estrela subanã de baixa massa de um aglomerado e colocá-la em uma trajetória semelhante à de J1249+36. “Isso demonstra uma prova de conceito, mas não sabemos realmente de qual aglomerado globular essa estrela é”, disse Kremer.
Gerasimov está mais intrigado com a ideia de que o objeto foi ejetado de um aglomerado globular porque tais aglomerados incluem estrelas com mais de 13 bilhões de anos.
“A composição química e a distribuição de massas estelares em aglomerados globulares capturam os primeiros passos na formação e evolução da nossa galáxia”, disse ele. “No entanto, praticamente tudo o que sabemos sobre aglomerados globulares vem de estudos de seus membros de maior massa porque estrelas de baixa massa e anãs marrons são muito difíceis de observar.”
O Telescópio Espacial James Webb recentemente permitiu que astrônomos identificassem as primeiras anãs marrons em um aglomerado globular, que têm uma massa semelhante à do objeto. Mas há muito poucos exemplos até agora para definir uma compreensão mais ampla.
“No entanto, a existência desta estrela de hipervelocidade, se for de fato um antigo membro de um aglomerado globular, abre uma nova maneira de estudar membros de aglomerados de baixa massa, procurando por aqueles que foram ejetados e estão viajando em altas velocidades pela vizinhança solar”, disse Gerasimov. “Como conseguimos encontrar um exemplo, provavelmente há muitos mais a serem descobertos no futuro.”
Traçar o caminho que J1249+36 tomou até agora em sentido inverso pode levar a uma parte lotada do céu noturno onde aglomerados não descobertos estão esperando para serem encontrados, disseram os pesquisadores.
Agora, os cientistas esperam aprender mais pistas da composição elementar da estrela, o que pode ajudar a explicar como ela acabou em uma trajetória que se afasta da Via Láctea.
Quando anãs brancas explodem, elas criam elementos pesados que podem existir ao redor de J1249+36. Da mesma forma, estrelas em aglomerados globulares por toda a Via Láctea têm padrões distintos de elementos que agem como um cartão de visita para suas origens.
“Estamos essencialmente procurando uma impressão digital química que identificaria de qual sistema essa estrela é”, disse Gerasimov.