A Dança Cósmica das Estrelas de Nêutrons: GW190425

Em 25 de abril de 2019, cientistas detectaram um evento significativo conhecido como GW190425, que foi a fusão de duas estrelas de nêutrons. Estrelas de nêutrons são restos extremamente densos de estrelas massivas que explodiram em Supernovas. GW190425 se destaca porque teve uma massa total maior do que o normal para pares de estrelas de nêutrons, fazendo suas origens serem um assunto de muito debate.

Esse evento foi ligado a um processo chamado evolução binária, onde duas estrelas orbitam uma à outra. Em particular, achava-se que GW190425 veio de um par próximo de estrelas, sendo uma uma estrela rica em hélio e a outra uma estrela de nêutrons, logo depois de terem passado por uma fase conhecida como fase de envelope comum. Pesquisadores estão interessados em entender como tais pares de estrelas de nêutrons se formam, especialmente em ambientes semelhantes ao nosso sistema solar.

#Evolução Estelar e Transferência de Massa

O estudo de estrelas binárias muitas vezes envolve olhar como essas estrelas evoluem e interagem ao longo do tempo. No caso de GW190425, uma abordagem detalhada usando um código de computador chamado MESA ajuda a rastrear como essas estrelas mudam. Fatores importantes incluem como elas perdem massa, giram e interagem entre si.

Em um sistema binário onde ocorre transferência de massa, uma estrela pode puxar material de sua companheira. Isso é especialmente verdadeiro para uma estrela rica em hélio transferindo material para uma estrela de nêutrons. Existem diferentes fases de transferência de massa, cada uma com comportamentos distintos. Por exemplo, as transferências de massa do Tipo BB e do Tipo BC acontecem durante diferentes estágios do ciclo de vida de uma estrela.

Em cenários de transferência de massa estáveis, a estrela rica em hélio pode perder material gradualmente, o que pode remodelar sua estrutura. À medida que se aproxima da estrela de nêutrons, as duas estrelas podem trocar energia por meio de interações gravitacionais, o que pode influenciar sua rotação e evolução geral.

#Cenários de Formação para GW190425

Os progenitores imediatos de GW190425 consistem em uma estrela de nêutrons e uma estrela rica em hélio que vêm interagindo. Para que um sistema assim se forme, certas condições iniciais sobre suas massas e distâncias devem ser atendidas. Modelar essas condições iniciais leva os pesquisadores a concluir que os sistemas precisam começar com propriedades específicas para eventualmente evoluir para um par como o GW190425.

A massa transferida da estrela rica em hélio para a estrela de nêutrons pode resultar em mudanças significativas nas características da estrela de nêutrons. Se a estrela de nêutrons girar rápido o suficiente, ela pode potencialmente se tornar o que é conhecido como um Magnetar-uma estrela de nêutrons altamente magnética e que gira rapidamente.

#Observações e Previsões

GW190425 foi encontrado durante uma terceira rodada de observações de detectores de ondas gravitacionais, que são projetados para captar sinais de eventos cósmicos. Um desafio ao estudar tais eventos é que eles geralmente ocorrem longe da Terra, tornando-os difíceis de observar em outros espectros de luz, como a luz visível.

Até agora, sistemas binários de estrelas de nêutrons mais pesados como GW190425 são acreditados para produzir efeitos posteriores mais fracos, como kilonovas, que são explosões causadas por fusões de estrelas de nêutrons. Esses efeitos posteriores podem oferecer pistas para entender o evento, mas para GW190425, os sinais de luz eram fracos e difíceis de detectar.

Pesquisadores propuseram que GW190425 provavelmente se formou através da evolução binária isolada. Isso significa que a estrela de nêutrons e a estrela rica em hélio transitaram por estágios previsíveis sem influências externas significativas de outras estrelas. A evolução levou a uma estrela transitar para uma estrela de nêutrons após uma supernova, enquanto a estrela rica em hélio cresceu e mudou ao longo de seu ciclo de vida.

#Mecânica da Transferência de Massa

Durante a transferência de massa, a estrela rica em hélio se expande significativamente, especialmente depois que seu combustível de carbono se esgota. Essa expansão sugere que se as estrelas estiverem próximas o suficiente, a estrela rica em hélio vai derramar material na estrela de nêutrons. Diferentes formas de transferência de massa produzirão resultados variados.

A transferência de massa do Tipo BB ocorre quando a estrela doadora está queimando hélio em suas camadas externas, enquanto a transferência de massa do Tipo BC acontece quando o carbono está se inflamando no núcleo da estrela. Esses processos influenciam quanto de massa é trocada e a subsequente evolução de ambas as estrelas.

Essa transferência de massa pode levar a interações complexas, que podem resultar na formação de sistemas de estrelas de nêutrons duplas. As ondas gravitacionais eventualmente causarão a fusão desses sistemas, e essa fusão foi o que foi detectado durante GW190425.

#O Papel da Temperatura e Composição

Um fator crítico que afeta a evolução das estrelas nesses sistemas é a metallicidade, que se refere à abundância de elementos mais pesados que hidrogênio e hélio. Baixa metallicidade é pensada para favorecer a formação de sistemas de estrelas de nêutrons mais pesadas. Se as massas iniciais das estrelas forem ajustadas ou se condições como metallicidade variarem, isso pode alterar significativamente os resultados finais.

A massa inicial e a temperatura das estrelas progenitoras ajudam a prever os tipos de eventos que elas produzirão. Estudando essas estrelas, os pesquisadores podem obter insights sobre como diferentes condições levam à formação de sistemas como GW190425.

#A Conexão com Magnetares

Um dos aspectos empolgantes desses estudos é a possibilidade de que estrelas de nêutrons recém-formadas possam se tornar magnetares. Esses objetos cósmicos não são apenas incrivelmente densos, mas também possuem campos magnéticos fortes que podem influenciar muito seu comportamento. Se uma estrela de nêutrons acumular massa suficiente de sua companheira, ela pode girar mais rápido e desenvolver um campo magnético forte o suficiente para ser classificada como um magnetar.

Essa possível conexão com magnetares acrescenta uma camada de complexidade à compreensão dos eventos de ondas gravitacionais. Tais estrelas podem levar a diferentes tipos de explosões de supernovas que podem acompanhar fusões de estrelas de nêutrons.

#O Envelope de Hélio e a Massa de Ejeção

Antes que uma supernova ocorra, a massa restante do envelope de hélio pode fornecer informações cruciais sobre o que acontece na explosão. A massa que sobra na estrela rica em hélio antes de passar por uma supernova varia dependendo de suas condições iniciais. Essas massas remanescentes podem dar pistas sobre as características da explosão resultante.

Quanto mais leve o envelope restante, mais provável é que desencadeie certos tipos de supernovas, incluindo tipo Ib e tipo Ic, com base nas suas características de massa. A pesquisa sugere que GW190425 poderia estar associada a tais eventos explosivos devido ao processo de transferência de massa e às mudanças estruturais na estrela rica em hélio.

#Conclusão

Em resumo, a formação de eventos como GW190425 gira em torno das interações entre estrelas de nêutrons e suas companheiras ricas em hélio. Essas interações causam mudanças significativas ao longo de seus ciclos de vida, levando a resultados fascinantes, incluindo a potencial formação de magnetares e supernovas únicas.

A pesquisa continua a descobrir como diferentes condições iniciais e caminhos evolutivos contribuem para esses eventos cósmicos. Compreender esses processos não apenas ajuda a explicar GW190425, mas também fornece insights sobre o comportamento mais amplo do universo em relação a sistemas de estrelas massivas, estrelas de nêutrons e as ondas gravitacionais que elas produzem.