Usando o Telescópio SOAR de 4,1 metros no Chile, os astrônomos descobriram o primeiro exemplo de um sistema bina¡rio onde uma estrela em processo de se tornar uma anãbranca estãoorbitando uma estrela de naªutrons que acabou de se transformar em um pulsar em rápida rotação. O par, originalmente detectado pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, éum "elo perdido" na evolução de tais sistemas binários.

Descobriu-se que uma fonte brilhante e misteriosa de raios gama éuma estrela de naªutrons que gira rapidamente osapelidada de pulsar de milissegundo osque estãoorbitando uma estrela no processo de evoluir para uma anãbranca de massa extremamente baixa. Esses tipos de sistemas binários são chamados pelos astrônomos de "aranhas" porque o pulsar tende a "comer" as partes externas da estrela companheira quando ela se transforma em uma anãbranca.

A dupla foi detectada por astrônomos usando o telesca³pio SOAR de 4,1 metros em Cerro Pacha³n, no Chile, parte do Observatório Interamericano Cerro Tololo (CTIO), um programa do NOIRLab da NSF.

O Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA tem catalogado objetos no universo que produzem copiosos raios gama desde seu lana§amento em 2008, mas nem todas as fontes de raios gama que ele detecta foram classificadas. Uma dessas fontes, chamada 4FGL J1120.0-2204 pelos astra´nomos, era a segunda fonte de raios gama mais brilhante em todo o canãu que não havia sido identificada atéagora.

Astra´nomos dos Estados Unidos e Canada¡, liderados por Samuel Swihart do Laborata³rio de Pesquisa Naval dos EUA em Washington, DC, usaram o Goodman Spectrograph no Telescópio SOAR para determinar a verdadeira identidade do 4FGL J1120.0-2204. A fonte de raios gama, que também emite raios X, conforme observado pelos telesca³pios espaciais Swift da NASA e XMM-Newton da ESA, mostrou ser um sistema bina¡rio que consiste em um " pulsar de milissegundos " que gira centenas de vezes por segundo, e o precursor de uma anãbranca de massa extremamente baixa. O par estãolocalizado a mais de 2600 anos-luz de distância.

“O tempo dedicado da Michigan State University no Telescópio SOAR, sua localização no hemisfanãrio sul e a precisão e estabilidade do espectra³grafo Goodman foram aspectos importantes desta descoberta”, diz Swihart.

"Este éum a³timo exemplo de como os telesca³pios de manãdio porte em geral, e o SOAR em particular, podem ser usados ​​para ajudar a caracterizar descobertas incomuns feitas com outras instalações terrestres e espaciais", observa Chris Davis, diretor do programa NOIRLab da US National Science. Fundação. "Antecipamos que o SOAR desempenhara¡ um papel crucial no acompanhamento de muitas outras fontes de varia¡veis ​​de tempo e de vários mensageiros na próxima década".

O espectro a³ptico do sistema bina¡rio medido pelo espectra³grafo Goodman mostrou que a luz da companheira anãproto-branca éDoppler deslocada osalternadamente deslocada para vermelho e azul osindicando que ela orbita uma estrela de naªutrons compacta e massiva a cada 15 horas.

“Os espectros também nos permitiram restringir a temperatura aproximada e a gravidade dasuperfÍcie da estrela companheira”, diz Swihart, cuja equipe foi capaz de pegar essas propriedades e aplica¡-las a modelos que descrevem como os sistemas estelares binários evoluem. Isso permitiu que eles determinassem que a companheira éa precursora de uma anãbranca de massa extremamente baixa, com uma temperatura desuperfÍcie de 8.200 ° C (15.000 ° F) e uma massa de apenas 17% da massa do sol.

Quando uma estrela com massa semelhante a  do Sol ou menos chega ao fim de sua vida, ela ficara¡ sem o hidrogaªnio usado para alimentar os processos de fusão nuclear em seu núcleo. Por um tempo, o hanãlio assume o controle e alimenta a estrela, fazendo com que ela se contraia e aquea§a, e levando sua expansão e evolução para uma gigante vermelha com centenas de milhões de quila´metros de tamanho. Eventualmente, as camadas externas desta estrela inchada podem ser agregadas a uma companheira bina¡ria e a fusão nuclear pa¡ra, deixando para trás uma anãbranca do tamanho da Terra e chiando a temperaturas superiores a 100.000 ° C (180.000 ° F).

A anãproto-branca no sistema 4FGL J1120.0-2204 ainda não terminou de evoluir. "Atualmente estãoinchado e écerca de cinco vezes maior em raio do que as ana£s brancas normais com massas semelhantes", diz Swihart. “Ela continuara¡ esfriando e contraindo e, em cerca de dois bilhaµes de anos, parecera¡ idaªntica a muitas das ana£s brancas de massa extremamente baixa que já conhecemos”.

Os pulsares de milissegundos giram centenas de vezes a cada segundo. Eles são gerados pela acumulação de matéria de um companheiro, neste caso da estrela que se tornou a anãbranca. A maioria dos pulsares de milissegundos emite raios gama e raios X, muitas vezes quando o vento do pulsar, que éum fluxo departículas carregadas que emanam da estrela de naªutrons em rotação, colide com o material emitido por uma estrela companheira.

Cerca de 80 ana£s brancas de massa extremamente baixa são conhecidas, mas "este éo primeiro precursor de uma anãbranca de massa extremamente baixa encontrada que provavelmente orbita uma estrela de naªutrons", diz Swihart. Consequentemente, o 4FGL J1120.0-2204 éuma visão única do final desse processo de rotação. Todos os outros binários anãbranca-pulsar que foram descobertos estãobem além do esta¡gio de rotação.

“A espectroscopia de acompanhamento com o Telescópio SOAR, visando fontes de raios gama Fermi não associadas, nos permitiu ver que o companheiro estava orbitando algo”, diz Swihart. "Sem essas observações, não podera­amos ter encontrado este sistema emocionante."

Esta pesquisa foi apresentada em um artigo "4FGL J1120.0–2204: A Unique Gamma-ray Bright Neutron Star Binary with an Extremely Low Mass Proto-White Dwarf", publicado no The Astrophysical Journal .