Um novo estudo usando dados do telescópio espacial NuSTAR da NASA sugere que Eta Carinae, o sistema estelar mais luminoso e massivo até 10.000 anos-luz, está acelerando partículas a altas energias, algumas das quais podem chegar à Terra como raios cósmicos.
© Hubble (Eta Carinae)
A Grande Erupção de Eta Carinae na década de 1840 criou a nebulosa vista acima, fotografada pelo Hubble. Agora com aproximadamente um ano-luz em diâmetro, a nuvem em expansão contém material suficiente para fazer, pelo menos, 10 cópias do nosso Sol.
"Sabemos que as ondas de choque de estrelas mortas podem acelerar partículas de raios cósmicos a velocidades comparáveis às da luz, um incremento incrível de energia," disse Kenji Hamaguchi, astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA. "Processos semelhantes devem ocorrer em outros ambientes extremos. A nossa análise indica que Eta Carinae é um deles."
Os astrônomos sabem que os raios cósmicos com energias superiores a um bilhão de eletrões-volt (eV) chegam até nós além do nosso Sistema Solar. Mas dado que todas estas partículas – elétrons, prótons e núcleos atômicos - transportam uma carga elétrica, desviam-se do seu percurso sempre que encontram campos magnéticos. Isto baralha os percursos e mascara as suas origens.
Eta Carinae, localizada a cerca de 7.500 anos-luz de distância na direção da constelação de Quilha (Carina), é famosa por uma explosão do século XIX que brevemente a tornou na segunda estrela mais brilhante do céu. Este evento também expeliu uma enorme nebulosa em forma de ampulheta, mas a causa da erupção ainda é pouco conhecida.
O sistema contém um par de estrelas massivas cujas órbitas excêntricas as aproximam a cada 5,5 anos. As estrelas contêm 90 e 30 vezes a massa do nosso Sol e passam a 235 milhões de quilômetros na sua maior aproximação, mais ou menos a distância média entre Marte e o Sol.
Ambas as estrelas de Eta Carinae dirigem poderosos ventos estelares. O local onde estes ventos chocam muda durante o ciclo orbital, o que produz um sinal periódico em raios X de baixa energia que está sendo rastreado há mais de duas décadas.
O telescópio tspacial de raios gama Fermi da NASA também observa uma mudança nos raios gama - luz muito mais energética do que os raios X - de uma fonte na direção de Eta Carinae. Mas a visão do Fermi não é tão nítida quanto as dos telescópios de raios X, de modo que os astrônomos não puderam confirmar a ligação.
Para preencher a lacuna entre a monitoração de raios X de baixa energia e as observações do Fermi, Hamaguchi e colegas recorreram ao NuSTAR. Lançado em 2012, o NuSTAR pode focar-se em raios X muito mais energéticos do que qualquer telescópio anterior. Utilizando tanto dados recolhidos recentemente como de arquivo, a equipe examinou observações do NuSTAR obtidas entre março de 2014 e junho de 2016, juntamente com observações de raios X de baixa energia do satélite XMM-Newton da ESA no mesmo período.
Os raios X de baixa energia de Eta Carinae vêm do gás na interface dos ventos estelares em colisão, onde as temperaturas excedem os 40 milhões de graus Celsius. Mas o NuSTAR detecta uma fonte emissora de raios X acima dos 30.000 eV, cerca de três vezes mais do que pode ser explicado por ondas de choque nos ventos em colisão. Para comparação, a energia da luz visível varia de mais ou menos 2 eV para 3 eV.
A análise da equipe mostra que estes raios X variam com o período orbital binário e indica um padrão de saída de energia similar ao dos raios gama observados pelo Fermi.
Os pesquisadores dizem que a melhor explicação para os raios X energéticos e a emissão de raios gama é a aceleração de elétrons em violentas ondas de choque ao longo da fronteira dos ventos estelares em colisão. Os raios X detectados pelo NuSTAR e os raios gama detectados pelo Fermi surgem da luz estelar, devido a um enorme aumento de energia pelas interações com estes elétrons.
Alguns dos elétrons muito rápidos, bem como outras partículas aceleradas, devem escapar do sistema e talvez alguns vagueiam eventualmente até à Terra, onde podem ser detectados como raios cósmicos.
"Nós sabemos há algum tempo que a região em torno de Eta Carinae é a fonte de emissão energética de raios X e raios gama de alta anergia," acrescenta Fiona Harrison, pesquisadora principal do NuSTAR e professora de astronomia no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) em Pasadena. "Mas até que o NuSTAR foi capaz de identificar a radiação, mostrar que vinha do binário e de estudar as suas propriedades em detalhe, a origem permanecia misteriosa."
Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.
Fonte: Goddard Space Flight Center
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