O Médico E O Monstro Cósmico

Um sistema estelar duplo mudou totalmente de comportamento, de acordo com as observações feitas com o Observatório de Raios-X Chandra, da NASA e o Karl F. Jansky Very Large Array, o VLA da National Science Foundation. Usando uma década e meia de medidas feitas com o Chandra, os pesquisadores notaram que um sistema estelar duplo se comportou como um tipo de objeto antes de mudar totalmente de identidade, e então retornar ao seu estado original depois de alguns anos. Esse é um raro exemplo de um sistema estelar que mudou de comportamento com o passar do tempo.

Os astrônomos descobriram esse sistema duplo ou binário, volátil, dentro de uma densa coleção de estrelas, o chamado aglomerado globular Terzan 5, que está localizado a aproximadamente 20 mil anos-luz de distância da Terra, na Via Láctea. Esse sistema duplo é conhecido como Terzan 5 CX1, e tem uma estrela de nêutrons (o núcleo extremamente denso deixado para trás depois da explosão de uma supernova) e uma estrela parecida com o Sol, mas com menos massa, numa órbita bem próxima.

Na nova imagem feita do Terzan 5 (à direita), os raios-X de baixa, média e alta energia detectados pelo Chandra são coloridos de vermelho, verde e azul respectivamente. Na esquerda está a imagem feita pelo Telescópio Espacial Hubble que mostra o mesmo campo de visão, mas na luz visível. O Terzan CX1 é chamado apenas de CX1 na imagem do Chandra.

Em sistemas binários como o Terzan CX1, a estrela de nêutrons, mais pesada, puxa material da sua companheira de menor massa criando um disco ao seu redor. Os astrônomos detectam esses chamados discos de crescimento pela brilhante luz de raios-X que eles emitem, e chamam esses objetos de sistemas binários de raios-X de pouca massa.

O material que está girando no disco, cai na superfície da estrela de nêutrons, aumentando a sua taxa de rotação. A estrela de nêutrons pode girar cada vez mais rápido até atingir 100 rotações por segundo. Eventualmente, a transferência de matéria diminui e o material remanescente é varrido pelo campo magnético da estrela de nêutrons, que se torna no final, o que se chama um pulsar de milissegundo. Os astrônomos detectam pulsos de ondas de rádio desses pulsares de milissegundo à medida que a estrela de nêutrons emite o seu pulso de rádio em direção a Terra, a cada rotação.

Enquanto os cientistas esperam uma evolução completa de um sistema binário de raios-X de pouca massa para um pulsar de milissegundo, que deve durar alguns bilhões de anos, existe um período de tempo quando o sistema pode rapidamente variar entre os dois estados. As observações que o Chandra fez do Terzan CX1 mostram que ele estava agindo como um sistema binário de raios-X de pouca massa em 2003, pois ele era mais brilhante em raios-X do que qualquer outra fonte do aglomerado globular. Esse era um sinal que a estrela de nêutrons estava acumulando matéria.

Nos dados do Chandra de 2009 a 2014, o Terzan CX1 ficou cerca de 10 vezes mais apagado nos raios-X. Os astrônomos também detectaram esse sistema como uma fonte de rádio com o VLA em 2012 e 2014. A quantidade de emissões em ondas de rádio e em raios-X e o espectro correspondente, concordam com a expectativa para um pulsar de milissegundo.

Embora os dados  usados não permitem uma pesquisa por pulsos de milissegundo, esses resultados implicam que o Terzan CX1 está passando por uma transformação. O Chandra, observou o sistema novamente em 2016, e notou que ele se tornou mais brilhante em raios-X e mudou novamente de comportamento, agindo agora como um sistema binário de raios-X de pouca massa, novamente.

Para confirmar esse padrão de comportamento, que lembra muito o Médico e o Monstro, os astrônomos precisam detectar pulsos de rádio enquanto o Terzan 5 CX1 está apagado em termos de raios-X. Mais observações em ondas de rádio e em raios-X estão planejadas para pesquisar esse comportamento, juntamente com pesquisas mais sensíveis por pulsos em dados já existentes. Somente 3 exemplos desses sistemas que mudam de comportamento foram confirmados até o momento, com o primeiro descoberto em 2013 usando o Chandra e alguns outros telescópios de raios-X e de ondas de rádio.

O estudo do Médico e o Monstro Binário, foi liderado por Arash Bahramian, do International Center for Radio Astronomy Research, o ICRAR, que fica na Austrália e o trabalho foi publicado na edição de 1 de setembro de 2018 do The Astrophysical Journal.

Dois outros estudos recentes usaram dados das observações do Chandra feitas do Terzan 5 para estudar como as estrelas de nêutrons em dois diferentes sistemas binários de raios-X de pouca massa se recuperam depois de ter grande parte do material arrancado da sua superfície por uma estrela companheira. Esses estudos são importantes para se entender a estrutura da camada externa da estrela de nêutrons, conhecida como crosta.

Em um desses estudos, do sistema binário de raios-X de pouca massa conhecido como Swift J174805.3-244637, ou apenas T5 X-3, o material é arrancado da estrela de nêutrons durante uma explosão de raios-X detectada pelo Chandra em 2012, que aqueceu a crosta da estrela. A crosta da estrela de nêutrons então se esfriou, levando centenas de dias para voltar a ter a temperatura que tinha antes da explosão. A taxa de resfriamento concorda com um modelo computacional para esse processo.

Em um estudo separado feito pelo Chandra de outro sistema binário de raios-X de pouca massa, no Terzan 5, o IGR J17480-2446, ou apenas, T5 X-2, a estrela de nêutrons ainda estava esfriando quando a sua temperatura foi medida, cinco anos e meio depois da explosão detectada. Esses resultados mostram que a crosta dessa estrela de nêutrons tem a capacidade de transferir, ou conduzir, calor, já que a temperatura foi menor do que aquela que os astrônomos encontraram em outras estrelas de nêutrons em sistemas binários de raios-X de pouca massa. A diferença na habilidade de conduzir o calor pode estar relacionada com o fato do T5 X-2 ter um campo magnético maior se comparado com outras estrelas de nêutrons em resfriamento, ou que ele pode ser bem mais jovem que o sistema T5 X-3.

O trabalho sobre o resfriamento rápido de estrelas de nêutrons, liderado por Nathalie Degenaar da University of Amsterdam na Holanda, foi publicado na edição de junho de 2015 do Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. O estudo do resfriamento lento da estrela dee nêutrons, liderado por Laura Ootes, então da University of Amsterdam, foi publicado na edição de julho de 2019 do Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

O Marshall Space Flight Center da NASA gerencia o programa do Chandra. O Chandra X-ray Center do Smithsonian Astrophysical Observatory controla as operações científicas e de voo direto de Cambridge em Burlington, Massachusetts.

Fonte:

https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/cosmic-jekyll-and-hyde.html

Sérgio Sacani

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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