Mistério dos campos magnéticos poderosos de anãs brancas pode ter sido decifrado

Mistério dos campos magnéticos poderosos de anãs brancas pode ter sido decifrado

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 05 de Maio de 2021 às 10h35
NASA/CXC/M. Weiss

Um estudo publicado na revista Nature nesta última semana pode ter resolvido um dos grandes mistérios das anãs brancas. É que os pesquisadores ainda não puderam compreender como essas estrelas “mortas” podem ter campos magnéticos incrivelmente poderosos, mas o novo artigo sugere uma resposta simples e coerente — dentro delas há um dínamo natural, exatamente como ocorre em nosso planeta.

Anãs brancas são o que resta de uma estrela com menos oito massas solares após o ciclo de fusão nuclear. Nesse ponto, uma estrela já terá ejetado seu material externo e seu núcleo quente colapsou em um objeto denso, com pouco menos de 1,4 massa solar e o diâmetro da Terra. Esses objetos restantes têm muitas propriedades interessantes, mas uma delas intriga os astrofísicos: eles podem ter campos magnéticos até um milhão de vezes mais fortes que os da Terra.

Para se ter uma ideia do quão poderoso isso seria, o campo magnético do nosso Sol é duas vezes mais poderoso que o da Terra. E as coisas ficam ainda mais complicadas quando vistas em uma perspectiva ampla, com uma grande quantidade de amostras, porque campos magnéticos poderosos não são encontrados em todas as anãs brancas. Então, o que as leva a apresentar essa peculiaridade? Quais as variáveis decidem se o campo magnético será absurdamente poderoso ou não?

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O campo magnético poderoso encontrado em algumas anãs brancas pode estar relacionado à interação de sistemas binários (Imagem: Reprodução/Paula Zorzi)

Existe uma pista que pode ajudar a desvendar o enigma: anãs brancas em binários separados com menos de um bilhão de anos não possuem esses campos magnéticos poderosos. Binárias separadas são sistemas formados por duas estrelas ligadas gravitacionalmente, no qual cada uma delas está dentro de seu lóbulo de Roche — a área na qual sua força gravitacional é maior que a gravidade exercida pela companheira; assim, nenhuma delas tem muita influência sobre a outra.

Por outro lado, as anãs brancas em binários semi-separados, ou seja, onde uma das estrelas está fora de seu lóbulo Roche. Quando isso, acontece, essa estrela “azarada” perderá matéria para sua companheira. Se for uma anã branca sugando gravitacionalmente o material de sua companheira de massa inferior, é bem provável que essa anã branca terá campo magnético forte. Estatisticamente, isso ocorre com mais de um terço das anãs brancas nessas configurações. Algumas anãs brancas fortemente magnéticas também aparecem em binários separados mais antigos.

Como isso pode ajudar a descobrir o que acontece com essas estrelas? A equipe internacional de astrofísicos que publicou o novo artigo conseguiu criar um modelo que não só explica como as anãs brancas conseguem esse campo magnético poderoso, como faz muito sentido se considerados os aspectos descritos até aqui. A proposta é que um dínamo central se desenvolve ao longo do tempo, e não no momento da formação da anã branca.

O físico Boris Gänsicke, um dos autores do estudo, explica que “a ideia de que, pelo menos em algumas dessas estrelas, o campo é gerado por um dínamo pode resolver esse paradoxo". Esse dínamo é um fluido em rotação e convecção, e também é um condutor elétrico que converte energia cinética em energia magnética. Isso acontece em nosso planeta — a convecção é gerada pelo ferro líquido que se move ao redor do núcleo da Terra.

Ilustração da origem dos campos magnéticos em anãs brancas binárias, para ser lido no sentido anti-horário. O campo magnético aparece quando a anã branca se alimenta de uma estrela companheira e, como consequência, começa a girar rapidamente (Imagem: Reprodução/Paula Zorzi)

À medida que uma anã branca esfria e cristaliza, o calor que havia no núcleo “escapa” e cria correntes de convecção muito semelhantes às geradas pelo movimento do fluido no interior da Terra. "Como as velocidades no líquido podem ser muito maiores nas anãs brancas do que na Terra, os campos gerados são potencialmente muito mais fortes", explicou o físico Matthias Schreiber, da Universidade Técnica Federico Santa María, no Chile.

Isso explica as anãs brancas fortemente magnéticas em muitos contextos diferentes, principalmente nas que estão em sistemas binários. É que nesse caso, conforme a anã branca esfria e envelhece, sua órbita em comum com a estrela companheira fica mais próxima, e a segunda acaba ultrapassando seu lóbulo Roche. Com isso, a anã branca começa a acumular material da companheira em um processo que eleva a taxa de rotação da anã branca. Essa rotação mais rápida também afeta o dínamo, produzindo um campo magnético ainda mais forte.

Se este campo magnético for forte o suficiente para se conectar com o campo magnético da companheira binária, esta segunda acaba sincronizada com o spin da anã branca e a transferência de massa é interrompida por um período de tempo relativamente curto. Mas a companheira se separa novamente de seu lóbulo de Roche e repete o processo em loop. "A beleza da nossa ideia é que o mecanismo de geração do campo magnético é o mesmo dos planetas”, disse Schreiber. Os próximos passos do estudo são realizar um modelo mais detalhado do mecanismo do dínamo e testar observacionalmente as previsões do modelo.

Fonte: University of Warwick

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