Astrônomos usam inteligência artificial para encontrar estrelas engolindo planetas

A Via Láctea é uma galáxia que contém bilhões ou até trilhões de objetos entre planetas, estrelas e objetos compactos. Os objetos compactos são remanescentes de estrelas que podem ser classificados em três tipos: anãs brancas, estrelas de nêutrons e buracos negros. Eles são considerados como o estado final da vida de uma estrela quando ela finalmente esgota seu combustível.

O mais famoso desses objetos são os buracos negros que são formados quando estrelas muito massivas entram em supernova. Mas o objeto compacto mais comum é chamado de anã branca que é formada de hidrogênio e hélio em um estado de matéria condensada. O nosso Sol será uma anã branca quando chegar ao final da sua vida já que a massa do Sol não é alta o suficiente para colapsar em outro tipo de objeto compacto.

As anãs brancas são objetos que chamam bastante atenção principalmente por serem responsáveis pelo fenômeno de supernova do tipo Ia. Um grupo de astrônomos utilizaram inteligência artificial para encontrar um processo raramente visto de anãs brancas engolindo planetas que as orbitam. Essa classe de anãs brancas são consideradas poluídas por causa da presença de metais em sua composição.

Anãs brancas

Quando uma estrela tipo o Sol termina de queimar todo hidrogênio, ela entra em um estado conhecido como gigante vermelha. Durante esse estado, o raio fica várias vezes maior e ela passa a fundir hélio em seu centro por cerca de milhões até um bilhão de ano. Após essa fase, a gigante vermelha ejeta as camadas externas restando apenas o núcleo extremamente denso e compacto.

Esse tipo de objeto compacto não produz energia própria e ela emite muito fracamente devido à radiação de corpo negro. Uma anã branca pode ter massa próxima à massa do Sol mas tem um tamanho semelhante ao do planeta Terra. Com isso, elas são muito difíceis de serem observadas e geralmente as observações se dão através de interações com outras estrelas, planetas ou até mesmo objetos compactos.

Supernova tipo Ia

Um dos fenômenos mais importantes da Astronomia e está diretamente relacionado com anãs brancas é chamado de supernova tipo Ia. Uma anã branca possui um limite no qual sua massa pode chegar e é chamado de limite de Chandrasekhar. Esse limite é estimado de 1,4 vezes a massa solar e quando ela ultrapassa esse valor, a anã branca se torna instável entrando em um colapso.

O colapso também gera uma explosão que observamos como supernova do tipo Ia. Elas são importantes na Astronomia porque funcionam como um farol cosmológico. Todas supernovas do tipo Ia possuem a mesma luminosidade e com isso é possível estimar a distância das galáxias e a taxa de expansão do Universo. As supernovas do tipo Ia foram as primeiras estimativas da taxa de expansão do Universo. Ao final de uma supernova, a anã branca é completamente destruída e elementos químicos são espalhados pelo espaço.

É comum que uma anã branca chegue ao limite de Chandrasekhar ao acretar matéria de estrelas companheiras. Durante o processo de acreção, a massa da anã branca pode aumentar até chegar ao colapso. Além disso, é também durante o processo de acreção que uma anã branca pode consumir elementos além do hidrogênio e hélio que podem estar presentes na composição da outra estrela.

Estrelas poluídas

Quando uma anã branca possui indícios de metais na sua composição é um indicativo que possivelmente a estrela interagiu e acretou material de uma companheira. Apesar das observações mais comum serem de outras estrelas, é possível também que uma anã branca acrete planetas. Quando uma estrela possui um sistema planetário é possível que o planeta seja acretado pela anã branca.

Dessa forma, o interior do planeta que pode apresentar outros elementos como carbono, oxigênio, nitrogênio e ferro será distribuído na atmosfera da anã branca. A anã branca que tem traços elementos além de hidrogênio e hélio indica que veio de alguma fonte externa. Observar essas estrelas pode trazer insights sobre como é a distribuição de elementos pela galáxia e estrelas como o Sol.

Inteligência artificial

Observar esse tipo de estrelas poluídas é um processo complexo já que as anãs brancas são pequenas e possuem poucas luminosidade. Uma forma de encontrar esses objetos é analisando separadamente e detalhadamente cada observação de anã branca. Isso se torna mais difícil porque a única diferença de uma anã branca poluída é pela presença de outros metais.

Com isso, um grupo de astrônomos utilizaram inteligência artificial para conseguir encontrar essas anãs brancas poluídas. O modelo é treinado com observações e aprende a reconhecer a presença de outros elementos químicos. O grupo utilizou dados do telescópio Gaia e encontrou cerca de 375 candidatas à estrelas poluídas em um dataset de mais de 100 mil objetos encontrados.

Importância do estudo

O motivo do uso de inteligência artificial pode acelerar o processo e encontrar anãs brancas que não foram catalogadas ainda. Essas anãs brancas tem uma importância para entender como será o futuro do Sol e do Sistema Solar. Inclusive a possibilidade da Terra sobreviver à fase gigante vermelha do Sol e a chance de ser consumida por uma anã branca.

Mesmo que a chance da Terra sobreviver seja pequena, estudar essas estrelas também são importantes para compreender a distribuição de elementos em uma galáxia. Além de poder ganhar entendimento sobre a dinâmica de anãs brancas com outros objetos.

Referência da notícia:

Kao et al. 2024 Hunting for Polluted White Dwarfs and Other Treasures with Gaia XP Spectra and Unsupervised Machine Learning The Astrophysical Journal