A Formação e Evolução dos BeWDs

Os binários formados por uma estrela Be e um anão branco (chamados de BeWDs) são fascinantes. Eles podem vir de pares de estrelas que incluem uma estrela Be e uma estrela pequena do tipo O ou B (conhecidas como BesdOBs). Esses sistemas podem se transformar em gigantes vermelhos ou se desenvolver em duplos anões brancos que podem ser detectados por certas missões.

Usando uma técnica chamada síntese populacional, os pesquisadores estudam como os BeWDs se formam e o que acontece com eles ao longo do tempo. Eles também examinam como fatores como a metallicidade (a quantidade de elementos mais pesados que hélio em uma estrela) e detalhes sobre a Evolução do Envelope Comum (quando uma estrela se expande e engolfa seu companheiro) influenciam esses processos. Descobriu-se que os BesdOBs desempenham um papel importante na criação dos BeWDs; cerca de 30% a 50% dos BeWDs vêm deles. Além disso, cerca de 60% a 70% dos BeWDs se tornam gigantes vermelhos devido à fusão com estrelas não degeneradas. Por fim, 30% a 40% dos BeWDs levam à formação de duplos anões brancos, que podem ser fontes de ondas gravitacionais, detectáveis em uma certa faixa de frequência.

#Visão Geral dos BeWDs e Binários de Raios-X de Alta Massa

Os binários de raios-X de alta massa (HMXBs) consistem em uma estrela massiva e um objeto compacto. A estrela massiva nesses sistemas pode ser um supergigante vermelho ou uma estrela Be, enquanto o objeto compacto pode ser um buraco negro ou uma estrela de nêutrons. Há mais de 240 HMXBs observados em nossa galáxia e em galáxias próximas. A maioria dos HMXBs conhecidos inclui estrelas Be emparelhadas com estrelas de nêutrons (conhecidas como BeNSs), formando o que é chamado de binários Be/Raios-X. Estima-se que o número de binários Be/Raios-X possa estar entre 2.000 e 20.000 em nossa galáxia.

Nesses sistemas binários, as estrelas compactas também podem ser anões brancos, referidos como BeWDs. As estimativas sugerem que deve haver cerca de sete vezes mais BeWDs do que BeNSs na galáxia. No entanto, apenas sete BeWDs ou candidatos foram observados em galáxias próximas, destacando o desafio de detectá-los. A luz de raios-X dos BeWDs é bem suave, ou seja, é absorvida facilmente. Devido a essa absorção, especialmente na Via Láctea, nenhum BeWD foi encontrado lá ainda.

Além dos problemas de detecção, acredita-se que a metallicidade desempenhe um papel significativo na evolução dos BeWDs. Embora as observações sejam limitadas, muitos BeWDs devem existir no universo. Esses sistemas consistem em uma estrela Be e um anão branco que está acumulando material. A estrela Be tem um espectro distinto do tipo B, gira rapidamente e tem um disco de material ao redor, cuja origem ainda é incerta. A maioria das estrelas Be se origina de interações com outras estrelas em sistemas binários.

O anão branco em um BeWD pode ganhar matéria suficiente de seu parceiro para aumentar sua rotação. Isso pode até levar à perda completa do envelope exterior da estrela Be, deixando uma estrela de hélio nua. A estrela de hélio nua é tipicamente considerada uma sub-anã do tipo O ou B. Quando uma sub-anã do tipo O é emparelhada com uma estrela Be, forma um binário BesdOB.

Os pesquisadores identificaram cerca de 25 BesdOBs conhecidos e candidatos. É interessante questionar se esses BesdOBs podem evoluir para BeWDs. BeWDs são potenciais fontes de supernovas do tipo Ia ou pulsares de milissegundos, dependendo se o anão branco que está acumulando material é um anão branco de carbono-oxigênio (CO) ou de oxigênio-neônio (ONe).

As estrelas Be têm massas entre 2 e 20 vezes a do nosso Sol e eventualmente se tornam anões brancos ou estrelas de nêutrons. BeWDs podem evoluir para sistemas contendo dois objetos compactos, que provavelmente são fontes de ondas gravitacionais.

Muitos estudos teóricos focam em binários Be, incluindo binários Be/Raios-X, BesdOBs e BeWDs. A maioria dessas discussões considera a interação entre estrelas de nêutrons e o disco ao redor em binários Be/Raios-X, um tópico que muitas vezes é negligenciado nos BeWDs.

#Método de Síntese Populacional

Os pesquisadores usam um método chamado síntese populacional para simular a formação e evolução dos BeWDs. Esse método considera várias condições iniciais, incluindo a distribuição de massas e distâncias entre estrelas em binários. Simulando muitos sistemas binários iniciais, os pesquisadores podem ver quantos evoluem para BeWDs e rastrear seus caminhos.

Nas simulações, eles descobriram que cerca de 4,1% a 3,7% dos sistemas binários iniciais evoluem para BeWDs, e cerca de 4,4% a 6,2% se tornam BesdOBs. Uma parte significativa deles, aproximadamente 33% a 51%, pode evoluir de BesdOBs para BeWDs, mostrando que os BesdOBs são peças-chave na formação dos BeWDs.

As vidas médias dos BeWDs nas simulações variam de cerca de 25 milhões a 20 milhões de anos. Com uma taxa de formação estelar constante na galáxia, estima-se que haja cerca de 2.500 BeWDs. A influência da metallicidade em sua formação é crucial, já que uma metallicidade mais baixa leva a tamanhos menores das estrelas, afetando como as estrelas interagem em sistemas binários.

As massas iniciais das estrelas em sistemas progenitores de BeWD geralmente estão entre 2 e 12 vezes a do Sol, com a maioria na faixa de 3 a 8 massas solares. Além disso, os períodos orbitais iniciais para esses progenitores variam bastante, levando a diferenças na forma como evoluem.

#Características das Estrelas Be

As estrelas Be são definidas por suas altas velocidades de rotação, que muitas vezes superam 70% da velocidade máxima possível. Suas massas podem variar de 3 a 22 vezes a do Sol. A formação das estrelas Be é influenciada por muitos fatores, incluindo a razão de massa crítica para a transferência de massa instável e as condições iniciais do sistema binário.

Entender como as estrelas Be se formam é complexo, com numerosos estudos examinando as diversas incertezas que afetam sua evolução. Como os BeWDs e seus progenitores são encontrados em galáxias grandes próximas ou na Via Láctea, diferentes valores de metallicidade são aplicados com base na galáxia em estudo.

Um dos aspectos críticos das estrelas Be é a presença de um disco de decreção, que é um disco de material criado pela perda de massa da estrela. A criação e o comportamento desse disco ainda não são totalmente compreendidos, mas ele consiste principalmente de material ejetado da própria estrela Be. A quantidade de material no disco pode variar bastante, e muito desse material retorna para a estrela devido a interações dentro do disco.

Para modelar com precisão as taxas de perda de massa e outras propriedades das estrelas Be, os pesquisadores usam diferentes métodos e técnicas. A complexidade do sistema significa que vários fatores precisam ser levados em conta ao estudar essas estrelas.

#Progenitores dos BeWDs

Nas simulações, uma pequena porcentagem dos sistemas binários evolui para BeWDs, revelando que os progenitores dos BeWDs, particularmente os BesdOBs, são cruciais para sua formação. A vida média dos BeWDs em ambientes simulados também está alinhada com estimativas anteriores.

O crescimento dos BeWDs depende significativamente dos processos de transferência de massa que ocorrem nos sistemas binários. As interações entre as duas estrelas podem levar a mudanças significativas em suas propriedades. Os processos de transferência de massa e como as estrelas interagem durante sua evolução influenciam muito o estado final do sistema.

A distribuição das massas iniciais e períodos orbitais é essencial para entender quais sistemas binários levarão a BeWDs. As interações podem mudar com base no fato de as estrelas preencherem seus lóbulos de Roche e como a massa é distribuída entre as duas estrelas.

#Evolução e Fusões

Conforme os BeWDs evoluem, eles passam por várias mudanças que podem levar a fusões ou à criação de sistemas de duplos anões brancos. Muitos BeWDs podem se fundir com seus companheiros, produzindo sistemas de estrelas únicas ou evoluindo para configurações binárias.

Nessas fusões, uma parte significativa envolve anões brancos se fundindo com estrelas ricas em hidrogênio, enquanto outras podem envolver estrelas ricas em hélio. Tais fusões podem criar novas variáveis luminosas vermelhas, que são explosões brilhantes de luz que ocorrem durante esses eventos cósmicos.

Um segmento considerável dos BeWDs pode se transformar em duplos anões brancos. Esses sistemas representam fontes promissoras para detectar ondas gravitacionais em missões futuras, tornando sua observação importante para avançar nossa compreensão do universo.

#Futuro dos BeWDs

O destino dos BeWDs é determinado não apenas por suas propriedades iniciais, mas também por como eles evoluem ao longo do tempo. Seu futuro pode englobar vários resultados, incluindo fusões em estrelas únicas ou formação de duplos anões brancos.

Quando um anão branco passa por um processo de acumulação de massa, o tipo de anão branco desempenha um papel significativo em seu desenvolvimento. As interações desses sistemas e suas propriedades resultantes podem levar a vários caminhos evolutivos diferentes.

Nas simulações, observa-se que cerca de 60% a 70% dos BeWDs passam por fusões com estrelas não degeneradas, enquanto 30% a 40% evoluem para sistemas de duplos anões brancos. Esses sistemas duplos são particularmente interessantes, pois podem ser fontes de ondas gravitacionais, detectadas por missões futuras.

#Potencial de Supernova

A chance de os BeWDs se tornarem progenitores de supernovas do tipo Ia é bem baixa por causa das condições em que eles evoluem. A massa adquirida por um anão branco geralmente não atinge os níveis críticos necessários para que tal evento ocorra nas simulações realizadas.

Em conclusão, o estudo dos BeWDs e seus processos de formação revela que eles estão intimamente ligados à evolução de seus sistemas progenitores, particularmente os BesdOBs. Compreender essas conexões não apenas ajuda a prever o futuro desses sistemas, mas também aumenta nosso conhecimento sobre o funcionamento do universo. As intrincadas relações entre as estrelas e como elas evoluem é uma área-chave de pesquisa em astrofísica, com implicações para entender fenômenos cósmicos.

Resumindo, os achados sugerem que cerca de 3,7% a 4,1% dos sistemas binários na galáxia se tornam BeWDs, com um número significativo originando-se dos BesdOBs. O papel da evolução do envelope comum e a metallicidade desempenham um papel crucial na formação desses sistemas. À medida que o cenário de pesquisa cresce, os BeWDs continuam a ser uma área intrigante de estudo na busca para entender o cosmos.