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É difícil não notar o feixe de uma lanterna apontada diretamente para nós. Mas esse feixe visto de lado parece significativamente mais ténue. O mesmo é válido para alguns objetos cósmicos: como uma lanterna, irradiam principalmente numa direção e parecem dramaticamente diferentes dependendo se o feixe aponta para longe da Terra (e telescópios espaciais próximos) ou diretamente para ela.
Crédito: DESY/Science Communication Lab
Novos dados do observatório espacial NuSTAR da NASA indicam que este fenómeno é verdadeiro para alguns dos mais proeminentes emissores de raios-X no Universo local: as fontes ultraluminosas de raios-X ou ULXs (abreviatura inglesa para “ultraluminous X-ray sources”). A maioria dos objetos cósmicos, incluindo estrelas, irradiam poucos raios-X, particularmente na gama altamente energética vista pelo NuSTAR. As ULXs, em contraste, são como faróis de raios-X que cortam a escuridão. Para ser considerada uma ULX, uma fonte deve ter uma luminosidade de raios-X cerca de um milhão de vezes mais brilhante do que o output total de luz do Sol (em todos os comprimentos de onda). As ULXs são tão brilhantes que podem ser vistas a milhões de anos-luz de distância, noutras galáxias.
O novo estudo mostra que o objeto conhecido como SS 433, localizado na Via Láctea e a apenas mais ou menos 20.000 anos-luz da Terra, é uma ULX, embora pareça ser cerca de 1000 mais fraco do que o limite mínimo para ser considerado uma.
De acordo com o estudo, este pouco brilho é um truque de perspetiva: os raios-X altamente energéticos de SS 433 estão inicialmente confinados a dois cones de gás que se estendem para lados opostos do objeto central. Estes cones são semelhantes a uma tigela espelhada que envolve a lâmpada de uma lanterna: “encurralam” os raios-X de SS 433 num feixe estreito, até que escapa e é detetado pelo NuSTAR. Mas como os cones não apontam diretamente para a Terra, o NuSTAR não consegue ver o brilho total do objeto.
Crédito: DESY/Science Communication Lab
“Há muito que suspeitamos que algumas ULXs emitem luz em colunas estreitas, em vez de em todas as direções como uma lâmpada,” disse Matt Middleton, professor de astrofísica da Universidade de Southampton no Reino Unido e autor principal do estudo. “No nosso estudo, confirmamos esta hipótese mostrando que SS 433 qualificar-se-ia como uma ULX para um observador que o visse de frente.”
Se uma ULX relativamente perto da Terra pode esconder o seu brilho verdadeiro devido à sua orientação, então provavelmente existem mais ULXs – particularmente noutras galáxias – disfarçadas de maneira semelhante. Isto significa que a população total de ULXs deve ser muito maior do que os cientistas observam atualmente.
Cone da Escuridão
Já foram encontradas cerca de 500 ULXs noutras galáxias, e a sua distância da Terra significa que muitas vezes é quase impossível dizer que tipo de objeto gera a emissão de raios-X. Os raios-X provavelmente vêm de uma grande quantidade de gás sendo aquecido a temperaturas extremas ao ser puxado pela gravidade de um objeto muito denso. Esse objeto pode ser uma estrela de neutrões (o remanescente de uma estrela colapsada) ou um pequeno buraco negro, que não tem mais do que cerca de 30 vezes a massa do nosso Sol. O gás forma um disco em torno do objeto, como água num ralo. O atrito no disco aumenta a temperatura, fazendo com que irradie, às vezes ficando tão quente que o sistema entra em erupção com raios-X. Quanto mais depressa o material cai sobre o objeto central, mais brilhantes são os raios-X.
Os astrónomos suspeitam que o objeto no coração de SS 433 é um buraco negro com aproximadamente 10 vezes a massa do nosso Sol. O que se sabe com certeza é que está a canibalizar uma estrela grande próxima, a sua gravidade sugando material a um ritmo rápido: num único ano, SS 433 rouba o equivalente a cerca de 30 vezes a massa da Terra da sua vizinha, o que o torna o buraco negro ou estrela de neutrões mais gananciosa conhecida na nossa Galáxia.
“Há muito tempo que se sabe que este objeto ‘come’ a um ritmo fenomenal,” disse Middleton. “Isto é o que separa as ULXs de outros objetos, e é provavelmente a causa das grandes quantidades de raios-X que vemos.”
O objeto em SS 433 tem olhos maiores do que o seu estômago: está a roubar mais material do que pode consumir. Parte do excesso de material é expelido do disco e forma dois hemisférios em lados opostos do disco. Dentro de cada um há um vazio em forma de cone que se abre para o espaço. Estes são os cones que envolvem os raios-X altamente energéticos num feixe. Qualquer pessoa que olhasse diretamente para um dos cones veria uma óbvia ULX. Embora compostos apenas de gás, os cones são tão espessos e massivos que agem como um painel de chumbo numa sala de raios-X e bloqueiam a passagem dos raios-X para o exterior.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
Os cientistas suspeitam que algumas ULXs pode estar escondidas por esta razão. SS 433 fornece uma oportunidade única de testar esta ideia porque, como um pião, oscila no seu eixo – um processo que os astrónomos chamam de precessão.
Na maioria das vezes, ambos os cones de SS 433 apontam bem para longe da Terra. Mas, devido à forma como SS 433 precessa, um cone periodicamente inclina-se levemente em direção à Terra, de modo que os cientistas podem ver um pouco dos raios-X que saem do topo do cone. No novo estudo, os cientistas observaram como os raios-X vistos pelo NuSTAR mudam conforme SS 433 se move. Eles mostram que se o cone continuasse a inclinar-se em direção à Terra para que os cientistas pudessem olhar diretamente para baixo, veriam raios-X suficientes para classificar oficialmente SS 433 como uma ULX.
Os buracos negros que se alimentam a ritmos tão extremos moldaram a história do nosso Universo. Os buracos negros supermassivos, que têm milhões a milhares de milhões de vezes a massa do Sol, podem afetar profundamente a sua galáxia hospedeira quando se alimentam. No início da história do Universo, alguns destes enormes buracos negros podem ter-se alimentado tão depressa quando SS 433, libertando enormes quantidades de radiação que remodelaram os ambientes locais. Os fluxos exteriores (como os cones em SS 433) redistribuíram a matéria que poderia eventualmente formar estrelas e outros objetos.
Mas dado que estes gigantes vorazes residem em galáxias incrivelmente distantes (o buraco negro situado no coração da Via Láctea atualmente não está a comer muito), permanecem difíceis de estudar. Com SS 433, os cientistas encontraram um exemplo em miniatura deste processo, muito mais perto de casa e muito mais fácil de estudar, e o NuSTAR forneceu novas informações sobre a atividade que aí ocorre.
“Quando lançámos o NuSTAR, não acho que ninguém esperava que as ULXs fossem uma área de investigação tão rica,” disse Fiona Harrison, investigadora principal do NuSTAR e professora de física no Caltech em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. “Mas o NuSTAR é o único que pode ver quase toda a gama de comprimentos de onda de raios-X emitidos por estes objetos, e isso dá-nos uma visão sobre os processos extremos que os impulsionam.”
// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)
Saiba mais:
Fontes Ultraluminosas de raios-X (ULX, “ultraluminous X-ray sources”):
Wikipedia
