Astrônomos estão intrigados com objetos cósmicos exóticos conhecidos como fontes de raios-X ultra-luminosas (ULXs, na sigla em inglês), que emitem cerca de 10 milhões de vezes mais energia do que o Sol. Esses objetos são tão brilhantes que parecem ultrapassar um limite físico conhecido como limite de Eddington, que determina o quão brilhante um objeto pode ser com base em sua massa. As ULXs ultrapassam regularmente este limite de 100 a 500 vezes, deixando os cientistas perplexos.
Em um estudo recente publicado no The Astrophysical Journal, pesquisadores relatam uma medição inédita de uma ULX realizada com o telescópio de raios-X Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) da NASA. A descoberta confirma que esses emissores de luz são de fato tão brilhantes quanto parecem e que ultrapassam o limite de Eddington. Uma hipótese sugere que esse brilho além do limite se deve aos fortes campos magnéticos das ULXs. No entanto, os cientistas só podem testar essa ideia por meio de observações, uma vez que os campos magnéticos das ULXs são bilhões de vezes mais potentes do que os ímãs mais fortes já fabricados na Terra e não podem ser reproduzidos em laboratório.
O limite de Eddington é alcançado quando a pressão da luz emitida pelos fótons (partículas de luz) supera a força da gravidade de um objeto. Esse equilíbrio é crucial, pois o material que cai em uma ULX é a fonte de seu brilho. A queda de gás e poeira em buracos negros, por exemplo, faz com que esses materiais se aqueçam e irradiem luz. Anteriormente, os cientistas acreditavam que as ULXs fossem buracos negros cercados por brilhantes camadas de gás. Porém, em 2014, dados do NuSTAR revelaram que uma ULX chamada M82 X-2 é, na verdade, uma estrela de nêutrons, um objeto menos massivo que se forma quando uma estrela morre e colapsa.
Estrelas de nêutrons são extremamente densas e possuem uma força gravitacional cerca de 100 trilhões de vezes mais forte do que a da superfície da Terra. Gás e outros materiais atraídos por essa força aceleram a milhões de milhas por hora, liberando energia tremenda ao atingir a superfície da estrela de nêutrons. Isso produz a luz de raios-X de alta energia detectada pelo NuSTAR.
O estudo recente investigou novamente a M82 X-2 e descobriu que ela está roubando cerca de 9 bilhões de trilhões de toneladas de material por ano de uma estrela vizinha, o equivalente a 1,5 vezes a massa da Terra. Conhecendo a quantidade de material que atinge a superfície da estrela de nêutrons, os cientistas podem estimar o quão brilhante a ULX deveria ser, e seus cálculos coincidem com medições independentes de seu brilho. O trabalho confirmou que a M82 X-2 excede o limite de Eddington.
Se os cientistas conseguirem confirmar o brilho de mais ULXs, eles poderão desacreditar uma hipótese persistente que explicaria o brilho aparente desses objetos sem que as ULXs precisem exceder o limite de Eddington. Essa hipótese, baseada em observações de outros objetos cósmicos, sugere que ventos fortes formam um cone oco ao redor da fonte de luz, concentrando a maior parte da emissão em uma direção. Se apontado diretamente para a Terra, o cone poderia criar uma espécie de ilusão de ótica, fazendo parecer falsamente que a ULX está excedendo o limite de brilho.
Porém, mesmo que isso ocorra em algumas ULXs, uma hipótese alternativa apoiada pelo novo estudo sugere que campos magnéticos fortes distorcem os átomos, que normalmente são esféricos, em formas alongadas e filiformes. Isso reduziria a capacidade dos fótons de empurrar os átomos para longe, aumentando o brilho máximo possível de um objeto.
“Essas observações nos permitem ver os efeitos desses campos magnéticos incrivelmente fortes que nunca poderíamos reproduzir na Terra com a tecnologia atual”, disse Matteo Bachetti, astrofísico do Observatório de Cagliari do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália e autor principal do estudo recente. “Essa é a beleza da astronomia. Observando o céu, expandimos nossa capacidade de investigar como o universo funciona. Por outro lado, não podemos realmente montar experimentos para obter respostas rápidas; temos que esperar que o universo nos mostre seus segredos.”
A missão NuSTAR, liderada pelo Caltech e gerenciada pelo Jet Propulsion Laboratory da NASA, foi desenvolvida em parceria com a Universidade Técnica da Dinamarca e a Agência Espacial Italiana. A espaçonave foi construída pela Orbital Sciences Corp. em Dulles, Virgínia. O centro de operações da missão NuSTAR está na Universidade da Califórnia, em Berkeley, e o arquivo oficial de dados está no High Energy Astrophysics Science Archive Research Center da NASA, no Goddard Space Flight Center. A Agência Espacial Italiana fornece a estação terrestre da missão e um arquivo de dados espelho. O Caltech gerencia o JPL para a NASA.
Essas descobertas fascinantes são um lembrete do quão pouco sabemos sobre o universo e do quão impressionante é a capacidade humana de explorar e entender fenômenos que estão além de nossa própria existência. As ULXs, com seu brilho extraordinário e seu desafio constante aos limites da física que conhecemos, continuam a estimular novas pesquisas e a despertar a curiosidade de cientistas e entusiastas da astronomia.
Em última análise, o estudo das ULXs e outros fenômenos cósmicos semelhantes nos ajuda a responder a algumas das questões mais fundamentais sobre o universo. Como as estrelas se formam e evoluem? Quais são os processos físicos que impulsionam os eventos mais energéticos do cosmos? Existem leis da física ainda não descobertas ou não compreendidas que podem explicar esses fenômenos? Embora ainda não tenhamos todas as respostas, cada nova descoberta nos aproxima um pouco mais de uma compreensão mais completa do universo.
No final das contas, estudar os céus é mais do que apenas uma busca por conhecimento científico. É também uma maneira de refletir sobre nossa própria existência e sobre o lugar que ocupamos no universo. As ULXs, com seu brilho desafiador e suas propriedades misteriosas, são um lembrete de que ainda temos muito a aprender e a descobrir. E cada nova descoberta é um passo adiante em nossa contínua jornada de exploração e descoberta.
Fonte:
https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-study-helps-explain-limit-breaking-ultra-luminous-x-ray-sources
