Observando a região mais interior de um "polar intermediário"

A cerca de 200 anos-luz da Terra, o núcleo de uma estrela morta está, como que numa dança cósmica macabra, girando ao redor de uma estrela maior.

© MIT (anã branca puxando material de uma estrela maior)

A ilustração mostra uma estrela anã branca menor (à esquerda) puxando material de uma estrela maior para um rodopiante disco de acreção.

A estrela morta é um tipo de anã branca que exerce um poderoso campo magnético à medida que puxa o material da estrela maior para um rodopiante disco de acreção. O par em espiral é o que se chama um "polar intermediário", um tipo de sistema estelar que emite um padrão complexo de radiação intensa, incluindo raios X, à medida que o gás da estrela maior cai sobre a outra. 

Agora, astrônomos do MIT (Massachusetts Institute of Technology) utilizaram um telescópio de raios X no espaço para identificar as principais características da região mais interior do sistema, um ambiente extremamente energético que tem, até agora, permanecido inacessível à maioria dos telescópios.

Foi utilizado o IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) da NASA para observar o sistema polar intermediário conhecido como EX Hydrae. A equipe encontrou um grau surpreendentemente elevado de polarização de raios X, que descreve a direção do campo elétrico de uma onda de raios X, bem como uma inesperada direção de polarização nos raios X provenientes de EX Hydrae.

A partir destas medições, os pesquisadores seguiram os raios X até à sua fonte na região mais interior do sistema, perto da superfície da anã branca. Além disso, determinaram que os raios X do sistema eram emitidos por uma coluna de material branco e quente que a anã branca estava atraindo da sua estrela companheira. Estimam que esta coluna tem mais de 3.200 quilômetros de altura, cerca de metade do raio da própria anã branca e muito mais alta do que os físicos tinham previsto para um sistema deste gênero. Determinaram também que os raios X são refletidos da superfície da anã branca antes de se dispersarem no espaço, um efeito que os físicos suspeitavam, mas que não tinham confirmado até agora.

Os resultados demonstram que a polarimetria de raios X pode ser uma forma eficaz de estudar ambientes estelares extremos, como as regiões mais energéticas de uma anã branca em acreção. Todas as formas de luz, incluindo os raios X, são influenciadas por campos elétricos e magnéticos. A luz viaja em ondas que oscilam, em ângulos retos em relação à direção em que a luz viaja. Os campos elétricos e magnéticos externos podem puxar estas oscilações em direções aleatórias. Mas quando a luz interage e faz ricochete numa superfície, pode tornar-se polarizada, o que significa que as suas vibrações se concentram numa direção. A luz polarizada pode, portanto, ser uma forma de localizar a fonte da luz e discernir alguns pormenores sobre a geometria da fonte.

O observatório espacial IXPE é a primeira missão da NASA concebida para estudar os raios X polarizados que são emitidos por objetos astrofísicos extremos. A nave espacial, que foi lançada em 2021, orbita a Terra e regista estes raios X polarizados. Desde o lançamento, tem-se concentrado principalmente em supernovas, buracos negros e estrelas de nêutrons. O novo estudo do MIT é o primeiro a utilizar o IXPE para medir os raios X polarizados de um polar intermediário, um sistema menor em comparação com os buracos negros e as supernovas, que, no entanto, é conhecido por ser um forte emissor de raios X.

Um sistema polar intermediário recebe o seu nome da força do campo magnético da anã branca central. Quando este campo é forte, o material da estrela companheira é diretamente puxado para os polos magnéticos da anã branca. Quando o campo é muito fraco, o material estelar gira em torno da anã num disco de acreção que eventualmente deposita matéria diretamente na superfície da anã.

No caso de um polar intermediário, os físicos preveem que o material caia numa espécie de complexo padrão intermediário, formando um disco de acreção que também é puxado para os polos da anã branca. O campo magnético deve levantar o disco de material vindouro para cima, como uma fonte altamente energética, antes de os detritos estelares caírem em direção aos polos magnéticos da anã branca a velocidades de milhões de quilômetros por hora.

Suspeita-se que este material em queda deve chocar com material previamente levantado que ainda está caindo em direção aos polos, criando uma espécie de engarrafamento de gás. Este amontoado de matéria forma uma coluna de gás em colisão com uma temperatura de milhões de graus Celsius e deverá emitir raios X altamente energéticos. Ao medir os raios X polarizados emitidos por EX Hydrae, a equipe pretendia testar a imagem dos polares intermediários. 

Em janeiro de 2025, o IXPE obteve um total de cerca de 600.000 segundos, ou cerca de sete dias, de medições de raios X do sistema. As medições revelaram um grau de polarização de 8%, muito superior ao que os cientistas tinham previsto de acordo com alguns modelos teóricos. A partir daí, os pesquisadores puderam confirmar que os raios X estavam de fato vindo da coluna do sistema, e que esta coluna tem cerca de 3.200 quilômetros de altura. 

A equipe também mediu a direção da polarização dos raios X de EX Hydrae, que determinaram ser perpendicular à coluna de gás oriundo da anã branca. Isto foi um sinal de que os raios X emitidos pela coluna estavam fazendo ricochete na superfície da anã branca antes de viajarem para o espaço e, eventualmente, para os telescópios do IXPE.

A equipe planeja aplicar a polarização de raios X no estudo de outros sistemas de anãs brancas em acreção, o que poderá ajudar os cientistas a compreender fenômenos cósmicos muito mais vastos.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Massachusetts Institute of Technology

Descodificando o passado secreto de uma estrela

Astrônomos do Instituto de Astronomia da Universidade do Havaí desvendaram o passado turbulento de uma gigante vermelha distante, escutando a sua "canção" celeste.

© Google Gemini (estrela gigante vermelha orbitando um buraco negro)

Variações sutis no brilho da estrela sugerem que, potencialmente e em tempos, colidiu e fundiu-se com outra estrela, um evento explosivo que a deixou girando rapidamente. Atualmente, orbita um buraco negro silencioso no sistema Gaia BH2.

Utilizando dados do satélite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA, os astrônomos detectaram tênues "sismos estelares" que ondulam na estrela companheira de Gaia BH2, um sistema que abriga um buraco negro identificado pela primeira vez pela missão Gaia da ESA em 2023. 

Tal como as ondas sísmicas revelam as camadas interiores da Terra, estas vibrações estelares deram aos cientistas um raro vislumbre sob a superfície da estrela, permitindo-lhes medir as propriedades do seu núcleo com uma precisão notável. 

Tal como os sismólogos usam os terremotos para estudar o interior da Terra, é possível usar as oscilações estelares para compreender o que se passa no interior de estrelas distantes. Estas vibrações disseram-nos algo inesperado sobre a história desta estrela. A maior surpresa veio da composição da estrela. É considerada "rica em elementos alfa", o que significa que está repleta de elementos mais pesados, normalmente encontrados em estrelas muito mais antigas, o que sugere que deve ser antiga.

No entanto, quando os cientistas estudaram as suas vibrações, descobriram que, na realidade, tem apenas cerca de 5 bilhões de anos, demasiado jovem para se ter formado com essas características químicas. As estrelas jovens e ricas em elementos alfa são muito raras e intrigantes. 

A combinação de juventude e química antiga sugere que esta estrela não evoluiu isoladamente. Provavelmente adquiriu massa extra de uma companheira, quer através de uma fusão, quer absorvendo material quando o buraco negro se formou. O mistério aprofunda-se com observações a longo prazo de telescópios terrestres que mostram que a estrela gira uma vez a cada 398 dias, muito mais depressa do que o esperado para uma gigante vermelha isolada da sua idade. 

A estrela deve ter sido acelerada através de interações de maré com a sua companheira, o que apoia ainda mais a ideia de que este sistema tem uma história complexa. A equipe também examinou Gaia BH3, outro sistema que contém um buraco negro e uma estrela companheira ainda mais incomum. Embora os modelos previssem que esta estrela deveria mostrar oscilações claras, nenhuma foi detectada, o que sugere que as teorias atuais sobre estrelas extremamente pobres em metais podem precisar de ser atualizadas.

Tanto Gaia BH2 como BH3 são sistemas com buracos negros dormentes, o que significa que não estão se alimentando das suas estrelas companheiras e, por isso, não emitem raios X. A sua descoberta, através de medições precisas do movimento estelar, está alterando a forma como os astrônomos compreendem os buracos negros na nossa Galáxia.

As futuras observações do TESS e de Gaia BH2 darão aos cientistas um olhar mais pormenorizado das suas vibrações estelares e poderão confirmar se se formou através de uma fusão passada, ajudando a desvendar como surgiram estes pares silenciosos de buracos negros.

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: Universidade do Havaí

O fascínio do obscuro

Os observadores não resistem ao desafio de procurar objetos tênues com nomes curiosos. Mergulhando fundo e visitando dois deles: o Paraquedas de Andrômeda e o Chivito de Drácula.

© Hubble (Chivito de Drácula)

A imagem acima mostra o Chivito de Drácula, que é um grande disco protoplanetário visto de perfil, que circunda uma estrela recém-formada na constelação de Cefeu. Uma espessa faixa de poeira divide a nebulosa de reflexão brilhante, com formato semelhante a um pão, e esconde a estrela recém-nascida, que se encontra a aproximadamente 980 anos-luz de distância.

O Chivito de Drácula é oficialmente designado IRAS 23077+6707. A primeira parte do nome faz referência ao personagem fictício Conde Drácula, assim chamado porque o primeiro autor, Ciprian Berghea, cresceu na Transilvânia, Romênia, e porque as protuberâncias muito tênues que se estendem para o norte a partir dos dois lóbulos do disco lembram 'presas'. A segunda parte faz referência a um chivito, sugerido por Ana Mosquera, que é do Uruguai. Chivito é uma combinação de carne grelhada, mussarela, presunto, tomates, azeitonas e maionese servida em um pão, lanche tardicional no Uruguai.

A seguir, a imagem mostra o Paraquedas de Andrômeda, que é um quasar com lente gravitacional quádrupla, descoberto em 2017 e localizado a 10,9 bilhões de anos-luz da Terra, na constelação de Andrômeda.

© Gary Imm (Paraquedas de Andrômeda)

Esta imagem, obtida pelo telescópio de levantamento Pan-STARRS-1 de 1,8 metros em Haleakalā, no Havaí, mostra os quatro quasares de Andrômeda obtidos através de lente gravitacional, rotulados de A a D em ordem decrescente de brilho. O paraquedas tem cerca de 3,8″ de diâmetro, e os três componentes mais brilhantes têm magnitude aproximada de 15. O quasar D está mais próximo da magnitude 18. À direita: Uma visão mais ampla mostra a região de 2′ ao redor do objeto, incluindo uma estrela de magnitude 11 imediatamente a sudeste.

O objeto é formalmente conhecido pelo nome mais sóbrio de J014710+463040. O X marca a localização da galáxia massiva interposta, muito tênue para aparecer na imagem acima, age como uma lente que distorce o tecido do espaço-tempo, criando quatro imagens de um quasar remoto a cerca de 11 bilhões de anos-luz de distância. Considerando a expansão do Universo desde que a luz deixou o quasar, o objeto está a cerca de 18,9 bilhões de anos-luz de distância!

Raramente os observadores têm o privilégio de ver algo através de um abismo espacial tão vasto, um testemunho do aumento de brilho proporcionado pelo processo de lente gravitacional.

Fonte: Sky & Telescope

Em busca das primeiras estrelas do Universo

Os astrônomos há muito tempo buscam evidências da primeira geração de estrelas do Universo e, à medida que galáxias mais distantes se tornam visíveis, parece que essas estrelas podem finalmente estar no nosso alvo.

© STScI (ilustração da formação de estrelas no início do Universo)

Desde o seu lançamento em 2021, o telescópio espacial James Webb (JWST) tem fornecido aos astrônomos olhos para observar o passado distante, descobrindo muitas galáxias cuja luz revela os estágios iniciais da formação de estrelas e galáxias no Universo.

Dentro da população de galáxias recém-descobertas, existem algumas com propriedades químicas bizarras que, à primeira vista, parecem ser muito ricas para existirem tão cedo no Universo. Essas abundâncias difíceis de conciliar podem ser um sinal das primeiras estrelas do Universo. Conhecidas como estrelas da População III, as primeiras estrelas do Universo nasceram de nuvens gigantes de gás primordial (hidrogênio, hélio e um pouco de lítio) e foram capazes de se formar com massas centenas a milhares de vezes maiores que a massa do nosso Sol.

Embora tenham brilhado intensamente, sua queima não durou muito tempo, terminando suas vidas em violentas supernovas e lançando seus componentes recém-enriquecidos de volta ao ambiente ao redor. Apesar dessas estrelas estejam mortas há muito tempo, as marcas químicas que deixaram em suas galáxias hospedeiras podem persistir, e entender como as estrelas da População III criam e distribuem metais pode nos dar pistas sobre as estranhas assinaturas químicas recentemente encontradas com o JWST. 

Pesquisadores identificaram algumas galáxias que exibem altas proporções de nitrogênio para oxigênio (N/O) que não podem ser explicadas por estrelas semelhantes às que existem no Universo hoje. Algumas dessas galáxias poderiam ser explicadas por meio de múltiplas populações estelares, estrelas em rápida rotação, explosões massivas ou os estágios iniciais da formação de aglomerados globulares. No entanto, GS 3073, uma galáxia com um desvio para o vermelho de z = 5,55 (cerca de um bilhão de anos após o Big Bang), tem um excesso de N/O tão alto que, até agora, desafiou qualquer explicação. 

Com o objetivo de compreender esse fenômeno bizarro, Devesh Nandal (Universidade da Virgínia; Centro de Astrofísica de| Harvard & Smithsonian) e colaboradores usaram modelos de evolução estelar para verificar se as estrelas da População III poderiam ser as culpadas. Modelando estrelas com massas de 1.000 a 10.000 vezes a massa do nosso Sol, os autores rastrearam os rendimentos elementares dessas estrelas supermassivas à medida que passam pelos vários estágios de queima nuclear.

A análise leva em consideração a mistura dentro das estrelas, a perda de massa ao longo de suas vidas e como o material ejetado pela supernova se mistura no meio interestelar. A partir dessa modelagem, foi descoberto que estrelas massivas da População III, entre 1.000 e 10.000 massas solares, podem produzir as abundâncias elementares observadas em GS 3073. Estrelas menos massivas não produzem razões N/O suficientemente altas, e estrelas mais massivas têm razões oxigênio-hidrogênio muito menores, sugerindo fortemente limites de massa superior e inferior para as possíveis estrelas supermassivas que poderiam ter produzido a composição química de GS 3073. 

Este estudo da GS 3073 é o primeiro do gênero a confirmar as marcas químicas de estrelas da População III em sua galáxia hospedeira neste desvio para o vermelho. A abundância única de nitrogênio só pode ser produzida por meio das fases evolutivas de estrelas da População III que queimam rápido o suficiente para produzir e liberar uma quantidade excessiva de nitrogênio, enquanto outros elementos permanecem consistentes. A partir de sua modelagem, os pesquisadores sugerem que galáxias com excesso de nitrogênio ainda maior podem existir, e novas observações com o JWST podem encontrá-las.

A busca por estrelas da População III está em plena expansão; outro estudo recente examinou a galáxia LAP1-B. Enquanto GS 3073 mostra evidências de estrelas da População III por meio de abundâncias químicas, o estudo de LAP1-B descobriu que a galáxia corresponde às previsões teóricas para os ambientes de formação e distribuições de massa de estrelas da População III. Ambos os trabalhos de pesquisa atuais estão lançando as bases para a riqueza de descobertas possíveis com o JWST, e as primeiras estrelas do Universo não estão mais fora de alcance.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: American Astronomical Society

Conchas de poeira espiralando num par de estrelas Wolf-Rayet

O telescópio espacial James Webb captou algo inédito: uma imagem nítida, no infravermelho médio, de um sistema com quatro espirais serpenteantes de poeira, uma se expandindo para além da outra, exatamente com o mesmo padrão.

© Webb (par de estrelas Wolf-Rayet)

Observações efetuadas antes do Webb apenas detectaram uma concha e, embora se tenha levantado a hipótese da existência de outras conchas, as pesquisas com telescópios terrestres não conseguiram descobrir nenhuma. Estas conchas foram emitidas nos últimos 700 anos por duas estrelas Wolf-Rayet envelhecidas num sistema conhecido como Apep, uma homenagem ao deus egípcio do caos.

A imagem obtida pelo Webb, combinada com vários anos de dados do VLT (Very Large Telescope) do ESO, no Chile, permitiu determinar a frequência com que o par passa um pelo outro: uma vez em cada 190 anos. Em cada órbita incrivelmente longa, ficam relativamente perto durante 25 anos e formam poeira.

O Webb também confirmou que existem três estrelas ligadas gravitacionalmente umas às outras neste sistema. A poeira expelida pelas duas estrelas Wolf-Rayet é "cortada" por uma terceira estrela, uma supergigante massiva, que abre buracos em cada nuvem de poeira em expansão a partir da sua órbita mais larga (as três estrelas são vistas como um único ponto brilhante de luz na imagem do Webb).

Os pesquisadores refinaram a órbita das estrelas Wolf-Rayet combinando medições precisas da localização dos anéis a partir da imagem do Webb com a velocidade de expansão das conchas a partir de observações efetuadas pelo VLT ao longo de oito anos. A próxima órbita mais longa para um binário Wolf-Rayet poeirento é de cerca de 30 anos. A maioria tem órbitas entre dois e 10 anos.

Quando as duas estrelas Wolf-Rayet se aproximam e passam uma pela outra, os seus fortes ventos estelares colidem e misturam-se, formando e lançando grandes quantidades de poeira rica em carbono durante um quarto de século de cada vez. Em sistemas semelhantes, a poeira é projetada ao longo de meros meses, como as conchas de Wolf-Rayet 140.

As estrelas Wolf-Rayet produtoras de poeira em Apep não estão exatamente num cruzeiro tranquilo. Atravessam o espaço e lançam poeira a uma velocidade de 2.000 a 3.000 quilómetros por segundo. Essa poeira é também muito densa. A composição específica da poeira é outra razão pela qual o Webb foi capaz de observar muito mais: é constituída majoritariamente por carbono amorfo. Os grãos de poeira de carbono mantêm uma temperatura mais elevada mesmo quando se afastam da estrela. Embora os pequenos grãos de poeira sejam considerados quentes no espaço, a luz que emitem é também extremamente fraca, razão pela qual só pode ser detectada a partir do espaço pelo instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb.

Para encontrar os buracos que a terceira estrela obliterou na poeira, procure o ponto central de luz e trace uma forma de V como ponteiros do relógio entre as 10 horas e as 2 horas. A cavidade está mais ou menos no mesmo local em cada concha e parece um funil. O Webb provou que a terceira estrela está gravitacionalmente ligada a este sistema.

Os pesquisadores já sabiam da existência da terceira estrela desde que o VLT observou a concha mais brilhante e as estrelas em 2018, mas as observações do Webb levaram a um modelo geométrico atualizado, confirmando a ligação. 

O mistério restante é a distância exata das estrelas à Terra, o que exigirá observações futuras. As duas estrelas Wolf-Rayet eram inicialmente mais massivas do que a sua companheira supergigante, mas já perderam a maior parte da sua massa. É provável que ambas as estrelas Wolf-Rayet tenham entre 10 e 20 vezes a massa do Sol, e que a supergigante seja 40 ou 50 vezes mais massiva do que o Sol.

Eventualmente, as estrelas Wolf-Rayet explodirão como supernovas, enviando rapidamente o seu conteúdo para o espaço. Qualquer uma delas pode também emitir uma explosão de raios gama, um dos eventos mais poderosos do Universo, antes de possivelmente se transformarem em buracos negros.

As estrelas Wolf-Rayet são incrivelmente raras no Universo. Estima-se que existam apenas mil na Via Láctea, que contém centenas de bilhões de estrelas. Das poucas centenas de binários Wolf-Rayet que foram observados até à data, Apep é o único exemplo, na nossa Galáxia, que contém duas estrelas Wolf-Rayet deste tipo, a maioria só tem uma.

Dois artigos foram publicados no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: California Institute of Technology