terça-feira, 12 de novembro de 2019

NICER avista explosão recorde de raios X

O telescópio NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) da NASA, na Estação Espacial Internacional, detectou um pico repentino de raios X por volta das 22:04 do dia 20 de agosto.


© Goddard Space Flight Center/Chris Smith (ilustração da explosão de raios X do Tipo I)

A explosão foi provocada por um enorme flash termonuclear à superfície de um pulsar, os remanescentes esmagados de uma estrela que há muito tempo explodiu como supernova.

O surto de raios X, o mais brilhante visto até agora pelo NICER, veio de um objeto chamado SAX J1808.4-3658 (J1808, de forma abreviada). As observações revelam muitos fenômenos que nunca foram vistos juntos numa única explosão. Além disso, o surto em diminuição aumentou novamente e brevemente de brilho por razões que os astrônomos ainda não conseguem explicar.

A explosão de raios X do Tipo I liberou tanta energia em 20 segundos quanto o Sol em quase 10 dias. Os detalhes que o NICER capturou desta erupção recorde ajudarão os astrônomos a entender melhor os processos físicos que impulsionam surtos termonucleares deste e de outros pulsares explosivos.

Os pulsares são uma espécie de estrela de nêutrons, o núcleo compacto deixado para trás quando uma estrela massiva fica sem combustível, colapsa sob si própria e explode. Os pulsares podem girar rapidamente e hospedar pontos quentes emissores de raios X nos seus polos magnéticos. À medida que o objeto gira, varre os seus pontos quentes na nossa linha de visão, produzindo pulsos regulares de radiação altamente energética.

O J1808 está localizado a aproximadamente 11.000 anos-luz de distância na direção da constelação de Sagitário. Ele gira 401 vezes por segundo e é membro de um sistema binário. A sua companheira é uma anã marron, um objeto maior do que um planeta gigante gasoso, mas pequeno demais para ser uma estrela. Um fluxo constante de hidrogênio gasoso flui da companheira para a estrela de nêutrons e acumula-se numa vasta estrutura de armazenamento chamada disco de acreção.

O gás nos discos de acreção não se move para dentro facilmente. Mas a cada poucos anos, os discos em torno de pulsares como J1808 tornam-se tão densos que uma grande quantidade de gás é ionizado ou despojado dos seus elétrons. Isto dificulta a movimentação da luz pelo disco. A energia aprisionada inicia um processo descontrolado de aquecimento e ionização que retém ainda mais energia. O gás torna-se mais resistente ao fluxo e começa a espiralar para dentro, caindo finalmente no pulsar.

A "chuva" de hidrogênio até à superfície forma um "mar" global quente e cada vez mais profundo. Na base desta camada, as temperaturas e as pressões aumentam até que os núcleos do hidrogênio se fundem para formar núcleos de hélio, o que produz energia, um processo em funcionamento no núcleo do nosso Sol.

Quando a camada de hélio tem alguns metros de profundidade, as condições permitem que os núcleos de hélio se fundam em carbono. Então, o hélio entra em erupção explosiva e lança uma bola de fogo termonuclear por toda a superfície do pulsar.

O limite de Eddington descreve a intensidade máxima de radiação que uma estrela pode ter antes que a radiação faça com que se expanda. Este ponto depende fortemente da composição do material acima da fonte de emissão.

"O nosso estudo explora este conceito de longa data de uma nova maneira," disse Deepto Chakrabarty, professor de física no MIT (Massachusetts Institute of Technology) em Cambridge. "Aparentemente, estamos vendo o limite de Eddington para duas composições diferentes na mesma explosão de raios X. Esta é uma maneira muito poderosa e direta de acompanhar as reações de queima nuclear subjacentes ao evento."

Ao início da explosão, os dados do NICER mostram que o brilho dos raios X diminuiu durante quase um segundo antes de aumentar novamente num ritmo mais lento. Os cientistas interpretam esta "paralisação" como o momento em que a energia da explosão se acumulou o suficiente para fazer explodir a camada de hidrogênio do pulsar para o espaço.

A bola de fogo continuou crescendo por mais dois segundos e, em seguida, atingiu o seu pico, explodindo a camada de hélio mais massiva. O hélio expandiu-se mais rapidamente, ultrapassou a camada de hidrogênio antes que pudesse dissipar-se e, em seguida, diminuiu de velocidade, parou e assentou-se à superfície do pulsar. Após esta fase, o pulsar aumentou novamente de brilho, cerca de 20%, mas apenas brevemente, por razões que ainda não são compreendidas.

Durante esta recente atividade do J1808, o NICER detectou outra explosão de raios X, muito mais fraca, que não exibiu nenhuma das principais características observadas no evento de 20 de agosto.

Além de detectar a expansão de diferentes camadas, as observações da explosão pelo NICER revelam raios X refletidos pelo disco de acreção e registram o piscar das "oscilações de rajada", sinais de raios X que aumentam e diminuem na frequência de rotação do pulsar, mas que ocorrem em locais da superfície diferentes dos pontos quentes responsáveis pelos seus pulsos normais de raios X.

O artigo que descreve estas descobertas foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: NASA

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