Esses objetos são mais de 100 vezes mais brilhantes do que deveriam. As observações do telescópio de raios-X NuSTAR da agência apóiam uma possível solução para esse quebra-cabeça.
Objetos cósmicos exóticos conhecidos como fontes ultraluminosas de raios X produzem cerca de 10 milhões de vezes mais energia que o Sol. Eles são tão radiantes, na verdade, que parecem ultrapassar um limite físico chamado limite de Eddington, que limita o brilho de um objeto com base em sua massa. Fontes ultraluminosas de raios X (ULXs, para abreviar) excedem regularmente esse limite de 100 a 500 vezes, deixando os cientistas perplexos.
Em um estudo recente publicado no The Astrophysical Journal, os pesquisadores relatam uma medição inédita de um ULX feita com o Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) da NASA. A descoberta confirma que esses emissores de luz são realmente tão brilhantes quanto parecem e que rompem o limite de Eddington. Uma hipótese sugere que esse brilho extraordinário se deve aos fortes campos magnéticos do ULX. Mas os cientistas podem testar essa ideia apenas por meio de observações: até bilhões de vezes mais poderosos do que os ímãs mais fortes já feitos na Terra, os campos magnéticos ULX não podem ser reproduzidos em laboratório.
Rompendo o limite
Partículas de luz, chamadas fótons, exercem um pequeno empurrão nos objetos que encontram. Se um objeto cósmico como um ULX emite luz suficiente por metro quadrado, o impulso externo dos fótons pode superar a atração interna da gravidade do objeto. Quando isso acontece, um objeto atingiu o limite de Eddington e a luz do objeto teoricamente afastará qualquer gás ou outro material que caia em sua direção.
Essa mudança – quando a luz supera a gravidade – é significativa, porque o material que cai sobre um ULX é a fonte de seu brilho. Isso é algo que os cientistas frequentemente observam em buracos negros: quando sua forte gravidade atrai gás e poeira dispersos, esses materiais podem aquecer e irradiar luz. Os cientistas costumavam pensar que os ULXs deveriam ser buracos negros cercados por caixas brilhantes de gás. Mas em 2014, os dados do NuSTAR revelaram que um ULX com o nome de M82 X-2 é na verdade um objeto menos massivo chamado estrela de nêutrons. Como os buracos negros, as estrelas de nêutrons se formam quando uma estrela morre e colapsa, acumulando mais do que a massa do nosso Sol em uma área não muito maior do que uma cidade de tamanho médio.
Essa densidade incrível também cria uma atração gravitacional na superfície da estrela de nêutrons cerca de 100 trilhões de vezes mais forte do que a atração gravitacional na superfície da Terra. Gás e outros materiais arrastados pela gravidade aceleram a milhões de quilômetros por hora, liberando uma energia tremenda quando atingem a superfície da estrela de nêutrons. (Um marshmallow jogado na superfície de uma estrela de nêutrons a atingiria com a energia de mil bombas de hidrogênio.) Isso produz a luz de raios X de alta energia detectada pelo NuSTAR.
O estudo recente apontou o mesmo ULX no centro da descoberta de 2014 e descobriu que, como um parasita cósmico, o M82 X-2 está roubando cerca de 9 bilhões de trilhões de toneladas de material por ano de uma estrela vizinha, ou cerca de 1 1/2 vezes a massa da Terra. Conhecendo a quantidade de material que atinge a superfície da estrela de nêutrons, os cientistas podem estimar o quão brilhante o ULX deve ser, e seus cálculos correspondem a medições independentes de seu brilho. O trabalho confirmou que M82 X-2 excede o limite de Eddington.
Sem ilusões
Se os cientistas puderem confirmar o brilho de mais ULXs, eles podem descartar uma hipótese persistente que explicaria o brilho aparente desses objetos sem que os ULXs tenham que exceder o limite de Eddington. Essa hipótese, baseada em observações de outros objetos cósmicos, postula que ventos fortes formam um cone oco ao redor da fonte de luz, concentrando a maior parte da emissão em uma direção. Se apontado diretamente para a Terra, o cone poderia criar uma espécie de ilusão de ótica, fazendo parecer falsamente que o ULX estava excedendo o limite de brilho.
Mesmo que seja o caso de alguns ULXs, uma hipótese alternativa apoiada pelo novo estudo sugere que campos magnéticos fortes distorcem os átomos aproximadamente esféricos em formas alongadas e fibrosas. Isso reduziria a capacidade dos fótons de afastar os átomos, aumentando o brilho máximo possível de um objeto.
“Essas observações nos permitem ver os efeitos desses campos magnéticos incrivelmente fortes que nunca poderíamos reproduzir na Terra com a tecnologia atual”, disse Matteo Bachetti, astrofísico do Observatório Cagliari do Instituto Nacional de Astrofísica na Itália e principal autor do estudo recente. “Esta é a beleza da astronomia. Observando o céu, expandimos nossa capacidade de investigar como o universo funciona. Por outro lado, não podemos realmente fazer experimentos para obter respostas rápidas; temos que esperar que o universo nos mostre seus segredos.”
Mais sobre a missão
Uma missão Small Explorer liderada pela Caltech e gerenciada pelo Jet Propulsion Laboratory da NASA no sul da Califórnia para o Science Mission Directorate da agência em Washington, o NuSTAR foi desenvolvido em parceria com a Danish Technical University e a Italian Space Agency (ASI). A espaçonave foi construída pela Orbital Sciences Corp. em Dulles, Virgínia. O centro de operações da missão NuSTAR está na Universidade da Califórnia, Berkeley, e o arquivo oficial de dados está no Centro de Pesquisa de Arquivos Científicos de Astrofísica de Alta Energia da NASA no Goddard Space Flight Center da NASA. A ASI fornece a estação terrestre da missão e um arquivo de dados espelho. A Caltech gerencia o JPL para a NASA.
Publicado em 09/04/2023 22h13
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