As Estrelas Anãs Brancas

As belíssimas nebulosas planetárias que observamos no espaço não permanecerão deste modo para

sempre. Seu gás vai aos poucos sendo incorporado ao meio interestelar e, após um período de cerca de

5000 anos, a nebulosa planetária estará completamente dispersa no espaço. Mas, o que acontece com a

estrela residual, aquela estrela central que continuou a existir a despeito da grande ejeção de massa

feita pela estrela gigante vermelha primordial?

A estrela residual do processo de formação de uma nebulosa planetária possui uma luminosidade similar

àquela apresentada pelas estrelas gigantes vermelhas, L ~ 103 Lsol, e, portanto, fica localizada no canto

superior esquerdo do diagrama H-R.

No entanto, ao mesmo tempo em que o gás da nebulosa planetária vai se dispersando no meio

interestelar, a estrela central residual passa por vários processos, lentos mas inexoráveis, que a levam

ao final de sua existência como estrela. Já vimos que esta estrela possui uma região central composta

de matéria degenerada. Sua única região ainda não degenerada e que, portanto, ainda é capaz de

realizar reações nucleares, é uma fina concha de matéria que reveste esta região central.

À medida que as reações nucleares vão ocorrendo nesta concha o gás de elétrons livres da estrela fica

cada vez mais degenerado até que o material da concha praticamente se extingue. Neste momento a

estrela é completamente degenerada e toda a sua estrutura é suportada pela pressão de degeneração

dos elétrons. As reações nucleares que ocorriam na concha eram a única fonte de energia da estrela.

Vemos então que, à medida que os processos nucleares vão diminuindo a luminosidade da estrela

também diminui , a estrela definha à medida que esfria. Deste modo, toda estrela que é residual do

processo de formação de uma nebulosa planetária vai aos poucos perdendo a sua luminosidade até se

transformar numa estrela anã branca.

As propriedades das estrelas anãs brancas

Aproximadamente 10% das estrelas pertencentes à nossa Galáxia são estrelas anãs brancas. A imagem

abaixo, obtida pelo Hubble Space Telescope da NASA/ESA nos mostra, envoltas por círculos, um grande

número de estrelas anãs brancas descobertas no aglomerado globular M4. Este aglomerado é o mais

próximos da Terra, situado a uma distância de 7000 anos-luz de nós. É um aglomerado grande , com

mais de 100000 estrelas, predominantemente estrelas gigantes vermelhas. A imagem mostra 8 estrelas

anãs brancas das 75 que o Hubble Space Telescope detectou em uma pequena área de apenas 0,63

anos-luz de diâmetro. Acredita-se que este aglomerado possua cerca de 40000 estrelas anãs brancas.

Uma das mais famosas estrelas anãs brancas é a estrela Sirius B. O sistema estelar de Sirius está localizado a cerca de 8,6 anos-luz da Terra. Este é um sistema binário que envolve a estrela mais brilhante do céu, Sirius A, uma estrela que possue duas vezes mais massa

do que o nosso Sol. Sua companheira é uma estrela anã branca, Sirius B, com uma temperatura superficial de cerca de 25000 K. A estrela anã branca Sirius B tem uma massa igual à massa do Sol e seu diâmetro é apenas 90% do diâmetro da Terra! A gravidade sobre

a sua superfície é cerca de 400000 vezes superior àquela que sentimos no nosso planeta. Na imagem abaixo, obtida pelo Chandra X-ray Observatory, um dos mais bem sucedidos observatórios espacial lançados pela NASA, vemos Sirius B (a fonte mais brilhante ! ) e Sirius

A observadas em raios X. Quando observadas na região espectral do visível a luminosidade de Sirius A é 10000 vezes mais forte do que a de Sirius B.

A tabela abaixo resume as propriedades mais gerais das estrelas anãs brancas até agora observadas.

Dados gerais sobre as estrelas anãs brancas

raio ~ 10-2RTerra

luminosidade baixa (L ~ 10-3Lsol)

temperatura da superfície Tsuperfície= 10000 K

massa 0,1 Msol < Manã < 1 Msol

(em média massa de 0,5 Msol)

Dois aspectos são muito importantes na tabela acima:

algumas estrelas muito pesadas que evoluem para nebulosas planetárias têm que ejetar bastante matéria no meio interestelar

para deixar uma estrela residual com apenas 1,0 massa solar .

como a estrela remanescente de uma nebulosa planetária tem uma luminosidade de 103Lsol e uma estrela anã branca tem uma

luminosidade de 10-3Lsol , vemos o grande caminho que ela percorre em termos de perda de luminosidade, ocasionado pelo contínuo aumento da sua região central formada por matéria degenerada e diminuição da energia gerada pelas reações

nucleares .

O destino das estrelas anãs brancas

A estrela anã branca continua a esfriar mas este processo de esfriamento é lento. Ela levará bilhões de anos até irradiar para o espaço

toda a energia térmica que possui no seu interior e a razão deste longo tempo é o fato de que ela possui uma área superficial muito pequena.

No diagrama H-R a estrela anã branca lentamente se moverá para baixo e para a direita à medida que esfria.

Quando o processo de esfriamento termina, a estrela anã branca não emite mais radiação na região espectral do visível. Consequentemente, ela desaparece da nossa vista. A estrela agora é um objeto frio que vaga pelo espaço. A este objeto final, resultado

do desaquecimento de uma estrela anã branca, alguns astrônomos dão o nome de "anã negra".

As estrelas anãs brancas são muito pequenas. Ela têm, aproximadamente, o tamanho da Terra. No entanto, devido à sua matéria estelar, este tipo de estrela possui uma densidade da ordem de 1 milhão de gramas por centímetro cúbico. Isto é equivalente a esmagar

um automóvel Volkswagen até que ele fique com um volume de um centímetro cúbico. Se você tirasse uma colher de chá de matéria de uma estrela anã branca, esta quantidade tão pequena de matéria pesaria o equivalente a uma tonelada no nosso planeta.

Uma estrela descoberta por teóricos

Toda a teoria das estrelas anãs brancas foi desenvolvida pelo astrofísico indiano Subrahmanyan Chandrasekhar em 1931. Este jovem astrofísico apresentou o seu trabalho original na Royal Society em Londres, onde foi duramente

criticado pelo astrofísico Arthur Eddington, um dos maiores cientistas da época. Mais tarde provou-se que a teoria de Chandrasekhar estava correta.

A mais importante descoberta de Chandrasekhar foi o fato de que nem todas as estrelas terminam a sua existência como anãs brancas. Aquelas que mantém uma massa acima de um certo limite, que hoje é conhecido como o limite

de Chandrasekhar, não conseguem parar o colapso gravitacional.

A teoria desenvolvida por Chandrasekhar e que hoje sabemos ser correta nos diz que:

Se uma estrela central de uma nebulosa planetária tem massa menor do que 1,4 massas solares ela evolui, tornando-se cada vez mais degenerada e finalmente se estabiliza como uma

estrela anã branca.

Uma surpresa: um sistema triplo com uma pulsar, uma estrela anã branca e um planeta!

A imagem abaixo mostra a pequena região marcada com um retângulo verde no aglomerado globular M4 ampliada no lado direito pelo Hubble Space Telescope. A seta assinala uma estrela anã branca que está em órbita em torno de um pulsar chamado PSR B1620-26 (não

visível na imagem). Este sistema possui uma terceira componente cuja natureza, durante mais de uma década, intrigou os astrônomos. O Hubble Space Telescope conseguiu revelar que este terceiro componente é um objeto com uma massa 2,5 vezes superior à do planeta

Júpiter. Os astrônomos acreditam que se trata de um planeta que se formou junto com a estrela anã branca.

Uma surpresa: um sistema triplo com uma pulsar, uma estrela anã branca e um planeta!

A imagem abaixo mostra a pequena região marcada com um retângulo verde no aglomerado globular M4 ampliada no lado direito pelo

Hubble Space Telescope. A seta assinala uma estrela anã branca que está em órbita em torno de um pulsar chamado PSR B1620-26 (não visível na imagem). Este sistema possui uma terceira componente cuja natureza, durante mais de uma década, intrigou os astrônomos.

O Hubble Space Telescope conseguiu revelar que este terceiro componente é um objeto com uma massa 2,5 vezes superior à do planeta

Júpiter. Os astrônomos acreditam que se trata de um planeta que se formou junto com a estrela anã branca.