Na década de 1980, os cientistas começaram a descobrir uma nova classe de fontes extremamente brilhantes de raios X em galáxias.
© Hubble/Chandra (ULX detectada na M51)
Estas fontes foram uma surpresa, pois estavam claramente localizadas longe dos buracos negros supermassivos situados no centro das galáxias. No início, os pesquisadores acharam que muitas destas fontes ultraluminosas de raios X, ou ULXs (Ultraluminous X-ray Sources), eram buracos negros que continham massas entre 100 e 100.000 vezes a do Sol. Trabalhos posteriores mostraram que algumas delas podiam ser buracos negros de massa estelar, contendo até algumas dezenas de vezes a massa do Sol.
Em 2014, observações com o NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) e com o observatório de raios X Chandra da NASA mostraram que algumas ULXs, que em raios X tinham uma luminosidade equivalente à produzida por vários milhões de sóis em todos os comprimentos de onda, eram objetos ainda menos massivos chamados estrelas de nêutrons. Estas são os núcleos gastos de estrelas massivas que explodiram. As estrelas de nêutrons normalmente contêm apenas cerca de 1,5 vezes a massa do Sol. Três destas ULXs foram identificadas como estrelas de nêutrons nos últimos anos. Os cientistas descobriram variações regulares, ou "pulsações", na emissão de raios X das ULXs, um comportamento que é exibido por estrelas de neutrões, mas não por buracos negros.
Agora, cientistas usando dados do Chandra identificaram uma quarta ULX como sendo uma estrela de nêutrons e encontraram novas pistas sobre como estes objetos podem brilhar tão intensamente. Esta recente ULX está localizada na Galáxia do Redemoinho, também conhecida como M51. A imagem composta da M51 contém raios X do Chandra (roxo) e dados ópticos do telescópio espacial Hubble (vermelho, verde e azul). A ULX está assinalada no círculo.
As estrelas de nêutrons são objetos extremamente densos, uma colher de chá do seu material teria uma massa superior a um bilhão de toneladas, tanto quanto uma montanha. A intensa gravidade das estrelas de nêutrons retira material de estrelas companheiras e enquanto este material cai em direção à estrela de nêutrons, aquece e brilha em raios X. À medida que mais e mais matéria cai sobre a estrela de nêutrons, chega um ponto em que a pressão dos raios X resultantes se torna tão intensa que afasta a matéria. Este ponto constitui o Limite de Eddington, quando os objetos tipicamente não conseguem acumular matéria mais depressa e liberar ainda mais raios X. O novo resultado mostra que esta ULX está ultrapassando o Limite de Eddington para uma estrela de nêutrons.
Os cientistas analisaram dados de arquivo recolhidos pelo Chandra e descobriram uma queda incomum no espectro de raios X da ULX, que é a intensidade de raios X medidos em diferentes comprimentos de onda. Depois de excluírem outras possibilidades, concluíram que a queda foi provavelmente de um processo chamado dispersão de ressonância do cíclotron, que ocorre quando as partículas carregadas (prótons ou elétrons) circulam num campo magnético. O tamanho da queda no espectro de raios X, chamado linha do cíclotron, implica forças de campo magnético que são pelo menos 10.000 vezes maiores do que as associadas com a matéria que espirala para um buraco negro de massa estelar, mas estão dentro do intervalo observado para as estrelas de nêutrons. Isto fornece fortes evidências de que esta ULX é uma estrela de nêutrons em vez de um buraco negro e é a primeira identificação do gênero que não envolveu a detecção de pulsações de raios X.
A determinação precisa da intensidade do campo magnético depende do conhecimento da causa da linha do cíclotron, prótons ou elétrons. Se a linha for da circulação de prótons, então os campos magnéticos em torno da estrela de nêutrons são extremamente fortes, comparáveis aos campos magnéticos mais fortes produzidos pelas estrelas de nêutrons e podem de fato ajudar a quebrar o Limite de Eddington. Estes fortes campos magnéticos podem reduzir a pressão dos raios X de uma ULX - a pressão que normalmente afasta a matéria - permitindo que a estrela de nêutrons consuma mais matéria do que o esperado.
Se a linha do cíclotron for da circulação de elétrons, em contraste, então a força do campo magnético em torno da estrela de nêutrons será aproximadamente 10.000 vezes mais fraco e, portanto, não é suficientemente poderosa para o fluxo sobre esta estrela de nêutrons superar o Limite de Eddington.
Atualmente, os cientistas não têm um espectro da nova ULX com detalhes suficientes para determinar a origem da linha do cíclotron. Para resolver este mistério, os pesquisadores planejam obter mais dados de raios X da ULX em M51 e procurar linhas do cíclotron em outras ULXs.
O artigo científico que descreve esta pesquisa, liderado por Murray Brightman do Instituto de Tecnologia da Califórnia, foi publicado na edição mais recente da revista Nature Astronomy.
Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
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