Em um avanço inédito para a astrofísica de sistemas binários extremos, observações do James Webb Space Telescope (JWST) revelaram pela primeira vez as estrelas doadoras em três sistemas do tipo AM CVn de longo período — objetos ultracompactos nos quais uma anã branca suga matéria de uma companheira rica em hélio.

O estudo, liderado por Kareem El-Badry, do California Institute of Technology, e publicado em versão preprint nesta terça-feira (17), analisou espectroscopia infravermelha de alta cadência obtida com o instrumento NIRSpec do telescópio espacial. Os dados não apenas identificam diretamente as doadoras — até então invisíveis — como também trazem indícios de que os discos de acreção podem estar sendo truncados por campos magnéticos das anãs brancas.

Os alvos foram três sistemas eclipsantes com períodos orbitais entre 50 e 62 minutos: Gaia14aae, SRGeJ0453 e ZTFJ1637. Esses pares pertencem à rara classe AM CVn, caracterizada por órbitas ultracurtas (menores que 70 minutos) e transferência de massa entre estrelas compactas.

Nos sistemas de longo período, como os estudados, as estrelas doadoras são extremamente frias — com temperaturas previstas da ordem de 1.000 a 2.000 K — e sua emissão máxima ocorre no infravermelho médio, entre 2 e 5 micrômetros. “Essas estrelas são frias e pouco luminosas. No óptico, simplesmente desaparecem sob o brilho do disco de acreção”, escrevem os autores.

Até agora, sua existência era inferida apenas indiretamente, por eclipses ou pela presença do disco. O JWST, ao cobrir a faixa de 1,6 a 5,2 µm com resolução espectral de R?1000–2000, permitiu isolar assinaturas específicas associadas às doadoras.

A principal evidência veio da detecção de dupletos de sódio (Na I) em emissão, com variação radial compatível com o movimento orbital da estrela doadora em dois dos sistemas (Gaia14aae e SRGeJ0453).

As linhas aparecem com maior intensidade quando a face irradiada da doadora está voltada para a Terra — em torno da fase orbital 0,5 — e desaparecem durante o eclipse primário, quando a estrela passa à frente da anã branca.

“Trata-se da primeira detecção direta das estrelas doadoras em AM CVn de longo período”, afirmam os pesquisadores. Até então, os excessos infravermelhos observados nesses sistemas eram atribuídos à possível contribuição térmica das doadoras, mas sem confirmação espectroscópica.

Curiosamente, não foram detectadas linhas em absorção vindas dessas estrelas. Isso sugere que o excesso infravermelho observado em muitos AM CVn pode ser dominado pelo disco de acreção — e não pela doadora, como se supunha.

Outro resultado relevante envolve a estrutura dos discos de acreção. As linhas de hélio (He I) observadas nos três sistemas exibem perfis duplos típicos de discos rotacionais, mas carecem de asas de alta velocidade — não há emissão além de cerca de 1.500 km/s.

Modelagens indicam que o disco pode estar truncado a distâncias relativamente grandes da anã branca (r ? 0,07 R?). Essa configuração é compatível com a presença de campos magnéticos superficiais entre 30 e 100 quilogauss nas anãs brancas.

Segundo o estudo, esses valores estão de acordo com restrições recentes baseadas em modulação de raios X. Por outro lado, a ausência de “humps” ciclotrônicos até 5 µm exclui campos muito mais intensos, da ordem de megagauss.

Os sistemas AM CVn estão entre as fontes mais promissoras de ondas gravitacionais na faixa de milihertz, que deverá ser explorada pela futura missão Laser Interferometer Space Antenna (LISA).

Modelos preveem que dezenas de milhares desses objetos existam na Via Láctea, mas os sistemas de longo período são sub-representados nas amostras observadas por serem mais tênues e raramente apresentarem explosões.

A confirmação direta das doadoras e a melhor caracterização da física dos discos ajudam a calibrar modelos evolutivos e estimativas populacionais — com impacto direto nas previsões de detecção por interferometria espacial.

Os resultados também tocam uma questão antiga: a origem dessas doadoras. Elas podem ter começado como anãs brancas de hélio, estrelas de hélio em queima nuclear ou subgigantes evoluídas. A presença de sódio pode sugerir enriquecimento nuclear prévio — mas os autores ressaltam que ainda não é possível confirmar abundâncias químicas sem modelagem atmosférica detalhada sob forte irradiação.

Ao tornar públicos os dados do programa 4979 do JWST, a equipe espera estimular novos estudos teóricos e observacionais.

Quase seis décadas após as primeiras previsões teóricas sobre sistemas ultracompactos, o telescópio espacial mais poderoso já construído começa a revelar os detalhes físicos dessas estrelas “fantasmas” — objetos que orbitam tão próximos que completam uma volta em menos de uma hora e que, até agora, escapavam à visão direta da astronomia.