CIÊNCIA // UNIVERSO // FONTES ULTRA-LUMINOSAS
Objetos cósmicos exóticos, conhecidos como fontes ultra-luminosas de raios-X, produzem cerca de 10 milhões de vezes mais energia do que o Sol.
Na verdade, são tão radiantes que parecem ultrapassar um limite físico chamado limite de Eddington, que coloca uma restrição no brilho que um objeto pode ter com base na sua massa.
Estas ULXs (sigla inglesa para “Ultra-luminous X-ray sources”) excedem regularmente este limite em 100 a 500 vezes, deixando os cientistas perplexos.
Nesta ilustração de uma fonte ultra-luminosa de raios-X , dois “rios” de gás quente são puxados para a superfície de uma estrela de neutrões. Campos magnéticos fortes, mostrados a verde, podem alterar a interacção da matéria e da luz perto da superfície das estrelas de neutrões, aumentando a sua luminosidade.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
Num estudo recente publicado na revista The Astrophysical Journal, os investigadores relatam uma primeira medição de uma ULX feita com o NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA.
A descoberta confirma que estes emissores de luz são, de facto, tão brilhantes como parecem e que quebram o limite de Eddington. Uma hipótese sugere que este brilho avassalador é devido aos fortes campos magnéticos da ULX.
Mas os cientistas só podem testar esta ideia através de observações: até milhares de milhões de vezes mais poderosos do que os ímanes mais fortes alguma vez construídos na Terra, os campos magnéticos das ULXs não podem ser reproduzidos num laboratório.
Quebrando o limite
As partículas de luz, chamadas fotões, exercem um pequeno empurrão sobre objectos que encontram. Se um objecto cósmico como uma ULX emitir luz suficiente por determinada área, o empurrão dos fotões pode ser superior à atracção da gravidade do objecto.
Quando isto acontece, um objecto atingiu o limite de Eddington e a luz do objecto, teoricamente, empurrará para longe qualquer gás ou outro material que caia na sua direcção.
Essa mudança – quando a luz derrota a gravidade – é importante, porque o material que cai sobre uma ULX é a fonte do seu brilho. Isto é algo que os cientistas observam frequentemente em buracos negros: quando a sua forte gravidade atrai gás e poeira, esses materiais podem aquecer e irradiar luz.
Os cientistas costumavam pensar que as ULX deviam ser buracos negros rodeados por grandes quantidades de gás brilhante. Mas, em 2014, os dados do NuSTAR revelaram que uma ULX com o nome de M82 X-2 é, na realidade, um objecto menos massivo chamado de estrela de neutrões.
Tal como os buracos negros, as estrelas de neutrões formam-se quando uma estrela morre e colapsa, “embalando” mais do que a massa do nosso Sol numa área não muito maior do que uma cidade média.
Esta densidade incrível também cria uma atracção gravitacional, à superfície da estrela de neutrões, cerca de 100 biliões de vezes mais forte do que a atracção gravitacional à superfície da Terra.
O gás e outros materiais atraídos por essa gravidade são acelerados até milhões de quilómetros por hora, libertando tremendas quantidades de energia quando atingem a superfície da estrela de neutrões (um marshmallow deixado cair sobre a superfície de uma estrela de neutrões atingi-la-ia com a energia de cem mil bombas de hidrogénio). Isto produz os raios-X altamente energéticos que o NuSTAR detecta.
O estudo recente visou a mesma ULX no coração da descoberta de 2014 e descobriu que, tal como um parasita cósmico, M82 X-2 está a roubar cerca de 9×10^21 de toneladas de material, por ano, a uma estrela vizinha, o equivalente a 1,5 vezes a massa da Terra.
Sabendo a quantidade de material que atinge a superfície da estrela de neutrões, os cientistas podem estimar quão brilhante deve ser a ULX e os seus cálculos coincidem com medições independentes da sua luminosidade. O trabalho confirmou que M82 X-2 excede o limite de Eddington.
Sem ilusões
Se os cientistas conseguirem confirmar o brilho de mais ULXs, podem colocar de lado uma hipótese persistente que explicaria o brilho aparente destes objectos sem que as ULXs tivessem de exceder o limite de Eddington.
Essa hipótese, com base em observações de outros objectos cósmicos, postula que ventos fortes formam um cone oco em torno da fonte de luz, concentrando a maior parte da emissão num só sentido.
Se apontado directamente para a Terra, o cone poderia criar uma espécie de ilusão óptica, fazendo-o aparecer [falsamente] como se a ULX estivesse a exceder o limite de luminosidade.
Mesmo que esse seja o caso para algumas ULXs, uma hipótese alternativa apoiada pelo novo estudo sugere que fortes campos magnéticos distorcem os átomos aproximadamente esféricos em formas alongadas.
Isto reduziria a capacidade dos fotões em afastar átomos, acabando por aumentar o brilho máximo possível de um objecto.
“Estas observações permitem-nos ver os efeitos destes campos magnéticos incrivelmente fortes que nunca poderíamos reproduzir na Terra com a tecnologia actual”, disse Matteo Bachetti, astrofísico do Observatório de Cagliari, Itália, autor principal do estudo recente.
“Esta é a beleza da astronomia. Observando o céu, expandimos a nossa capacidade de investigar como o Universo funciona.
Por outro lado, não podemos realmente fazer experiências para obter respostas rápidas; temos de esperar que o Universo nos mostre os seus segredos”.
// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)
Astronomia – Centro Ciência Viva do Algarve
11 de Abril de 2023
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published in: 6 meses ago
