Nova detecção de objeto que emite energia equivalente à de milhares de sóis pode ajudar a entender seus mecanismos

Imagem da Galáxia do Rodamoinho, ou M51. O Observatório Chandra da NASA capturou a imagem do raio-x mostrado em roxo e o Telescópio Espacial Huble (NASA) captou uma luz ótica vista em vermelho, verde e azul . As fontes ultra-luminosas de raio-x, ou ULX são indicadas (foram encontradas no novo estudo feito no Caltech.)

Brilho do Raio X emitido pelas misteriosas fontes ultraluminosas ULX intriga cientistas

Nos anos 1980, pesquisadores começaram a descobrir fontes de Raio X extremamente brilhantes nas regiões mais exteriores das galáxias, distantes dos buracos negros supermassivos que dominam suas zonas centrais. No começo, os pesquisadores acharam que esses objetos cósmicos, chamados fontes ultraluminosas de Raio X, ou ULXs, eram buracos negros parrudos, com mais de dez vezes a massa do sol. No entanto, em 2014, observações do telescópio NuSTAR e de outros telescópios espaciais mostraram que algumas das ULXs, que brilham na frequência dos Raios X com uma energia equivalente à de milhões de sóis, na verdade são estrelas de nêutrons - os núcleos desgastados de imensas estrelas que já explodiram. Até recentemente, três ULXs foram identificadas como estrelas de nêutrons.

Agora, uma equipe do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) liderou uma pesquisa usando dados do Observatório de Raio X Chandra, da NASA, e identificou uma quarta ULX como sendo uma estrela de nêutrons, e encontrou novas pistas para explicar o intenso brilho destes objetos.

Estrelas de nêutrons são objetos extremamente densos -- uma colher de chá desse astro pesaria mais ou menos um bilhão de toneladas, ou tanto quanto uma montanha. Sua gravidade atrai para elas matéria de estrelas acompanhantes, e à medida que o material é “puxado” ele se aquece e brilha na forma de Raios X. Mas como uma estrela de nêutrons se “alimenta” de matéria, chega um momento em que a luz do Raio X resultante empurra a matéria para longe. Os astrônomos chamam esse momento - quando os objetos não conseguem acumular matéria mais rapidamente e emitem mais Raios X - de Limite de Eddington.

“Da mesma forma que nós conseguimos comer apenas certa quantidade de comida de uma vez, há limites para o quão rápido as estrelas de nêutrons conseguem agregar matéria,” diz Murray Brightman, um pós-doutor da Caltech e autor principal de um novo artigo sobre essas descobertas que foi publicado na revista Nature Astronomy. “Mas as ULXs de alguma forma estão rompendo esse limite ao emitir Raios X inacreditavelmente brilhantes, e nós não sabemos o porquê.” 

Em um novo estudo, os pesquisadores observaram as ULXs na Galáxia do Rodamoinho, também conhecida como M51, que fica a 28 milhões de anos-luz. Eles analisaram dados arquivados de Raio X obtidos pela Chandra e descobriram uma queda não usual do espectro de luz dos ULXs. Depois de considerarem todas as outras possibilidades, eles perceberam que a queda se devia a um fenômeno chamado Ressonância Ciclotrônica, que ocorre quando partículas carregadas -- sejam prótons de carga positiva ou elétrons de carga negativa -- circulam em torno de um campo magnético. Buracos negros não possuem campos magnéticos, mas estrelas de nêutrons têm, por isso a descoberta mostrou que essa fonte ULX em particular, que se encontra na M51, tinha que ser uma estrela de nêutrons.

A ressonância ciclotrônica cria assinaturas padronizadas no espectro de luz de uma estrela, e a presença desses padrões, chamados linhas ciclotrônicas, podem proporcionar informações sobre a força do campo magnético da estrela - mas isto só pode ser inferido se se conhece aquilo que está originando as linhas, que podem ser prótons ou elétrons. Os pesquisadores não têm um espectro detalhado o suficiente do novo ULX para fazer esta determinação com confiança.

“Se a linha ciclotrônica deve-se a prótons, sabemos que os campos magnéticos em volta da estrela de nêutrons são extremamente fortes e podem estar ajudando a romper o limite de Eddington,” diz Brightman. Esses campos magnéticos fortes podem reduzir a pressão dos Raios X da ULX - a pressão que normalmente repele a matéria - permitindo que a estrela de nêutrons consuma mais matéria do que o normal e brilhe com Raios X extremamente reluzentes.

Mas se a linha ciclotrônica se compõe de elétrons circulantes, o campo magnético em volta da estrela de nêutrons não será excepcionalmente forte, portanto, o campo provavelmente não é a razão para que essas estrelas quebrem o limite de Eddington. Para entender esse mistério, os pesquisadores estão planejando adquirir mais dados sobre o Raio X da ULX na M51e procurar por mais linhas ciclotrônicas em outras ULXs.

“A descoberta de que esses objetos muito brilhantes, que se pensava que fossem buracos negros com massas até 1000 vezes maiores que a massa do sol, são alimentados por estrelas de nêutrons bem menos massivas, foi uma enorme surpresa científica,” diz Fiona Harrison, que é professora de física da Caltech e o principal investigador da missão NuSTAR. “Agora podemos estar obtendo pistas físicas firmes sobre como esses pequenos objetos podem ser tão poderosos”

Instituto de Tecnologia da California

FONTE: SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL