Sistema Binário Estranho Produz Imensas Quantidades de Raios-Gamma Durante Encontro Imediato

Em Dezembro de 2010, um par de estrelas não ajustadas localizadas na constelação do sul Crux, passaram uma pela outra a uma distância menor do que a distância entre o Sol e o planeta Vênus. O sistema possui uma mistura única de uma estrela quente e massiva com um pulsar compacto e que possui uma rotação muito rápida.  O encontro mais próximo entre o par ocorre a cada 3.4 anos e cada um desses encontros é marcado por um considerável aumento nos raios gamma, a forma mais extrema da luz.

A combinação única de estrelas, a grande espera entre os encontros próximos e os períodos de intensa emissão de raios gamma faz desse sistema um alvo irresistível para os astrofísicos. Agora uma equipe usando o Telescópio Espacial de Raios-Gamma Fermi da NASA observaram o encontro ocorrido em 2010 relatando que o sistema durante esse encontro mostrou uma atividade fascinantes e não prevista.

“Mesmo, apesar de já esperarmos por esse encontro, ele nos surpreendeu”, disse Aous Abdo, um Professor Assistente de Pesquisa na Universidade George Mason em Fairfax, Va., e o líder da equipe de pesquisa.

Poucos pares na astronomia são tão peculiares quando as binárias de grande massa, onde uma estrela quente azul, muitas vezes com a massa e a temperatura do Sol possui uma companheira compacta não maior que a Terra, na verdade muito menor que a Terra. Dependendo do sistema essa companheira pode ser uma estrela conhecida como anã branca, uma remanescente do tamanho de uma cidade chamada de estrela de nêutrons, também conhecida como pulsar, ou na forma mais exótica um buraco negro.

Apenas quatro desses casais estranhos são conhecidos por produzir raios gamma, mas em somente um deles os astrônomos conhecem a natureza do objeto compacto. Esse sistema binário consiste de um pulsar designado como PSR B1259-63 e uma estrela de magnitude 10 do tipo Be conhecida como LS 2883. O par localiza-se a 8000 anos-luz de distância da Terra.

O pulsar é uma estrela de nêutrons em rotação rápida com um forte campo magnético. Essa combinação energiza um feixe de energia como um farol que os astrônomos podem facilmente localizar  quando esse feixe se vira em direção a Terra. O feixe do PSR B1259-63 foi descoberto em 1989 pelo rádio telescópio Parkers na Austrália. A estrela de nêutrons tem o tamanho aproximado da cidade de Washington nos EUA, pesa algo em torno de duas vezes a massa do Sol e gira a uma velocidade de 21 vezes por segundo.

O pulsar segue um órbita excêntrica e bem inclinada ao redor da LS 2883, que pesa algo em torno de 24 vezes a massa do Sol e é nove vezes maior. Essa estrela quente e azul está imersa em um disco de gás que flui desde a sua região equatorial.

No ponto mais próximo de encontro, o pulsar passa a menos de 63 milhões de milhas da estrela, tão perto que ele passa pelo meio do disco de gás da estrela. O pulsar cria então um distúrbio no disco de acordo com a sua órbita. Então, após terminar seu encontro com a estrela o disco volta ao normal e o pulsar continua sua órbita.

“Durante essas passagens pelo disco, partículas energéticas emitidas pelo pulsar podem interagir com o disco, e isso pode levar a um processo que acelera as partículas e produz radiação em diferentes energias”, disse o co-autor do estudo Simon Johnston do Australia Telescope National Facility em Epping, New South Wales. “O ponto de frustração para os astrônomos é que o pulsar segue uma órbita tão excêntrica que esses encontros só acontecem a cada 3.4 anos”.

Em antecipação ao encontro próximo de 15 de Dezembro de 2010, os astrônomos ao redor do mundo montaram uma campanha de múltiplos componentes de onda para observar o sistema sobre um intervalo enorme de energia, desde os comprimentos de onda de ondas de rádio até os mais energéticos raios-gamma foram detectados. As observações incluíram as sondas Fermi e Swift da NASA, os telescópios espaciais da ESA XMM-Newton e INTEGRAL, o satélite Japonês e Americano Suzaku, o Australia Telescope Compact Array, telescópios ópticos e infravermelhos no Chile e na África do Sul e o High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), um observatório baseado na Namíbia que pode detectar raios-gamma com energias de trilhões de elétrons volts, além do intervalo detectado pelo Fermi. Só para comparação a energia da luz visível está entre dois e três elétron volts.

“Quando você sabe que tem a chance de observar esse sistema somente uma vez a cada 3 anos, você tenta arranjar a máxima cobertura possível”, disse Abdo, o principal pesquisador da campanha internacional financiada pela NASA. “Entender esse sistema onde nós sabemos a natureza do objeto compacto, pode nos ajudar a entender a natureza dos objetos compactos em outros sistemas similares”.

Apesar do monitoramento do sistema com o telescópio EGRET a bordo do Observatório de Raios-Gamma Compton da NASA nos anos de 1990, a emissão de raios-gamma no intervalo de energia do bilhão de elétron volts (GeV) nunca tinha sida vista desse sistema binário.

No final de 2010, à medida que o pulsar se virou em direção a sua companheira massiva, o Large Area Telescope (LAT) a bordo do Fermi descobriu uma emissão fraca de raios-gamma.

“Durante as primeiras passagens pelo disco, que durou do meio de Novembro de 2010 até meados de Dezembro de 2010, o LAT registrou emissões fracas do sistema. Nós então assumimos que a segunda passagem seria similar, mas em meados de Janeiro de 2011, à medida que o pulsar começou a sua segunda passagem pelo disco nós começamos a ver labaredas surpreendentes que eram muitas vezes mais fortes do nós observamos antes”, disse Abdo.

Ainda mais estranho foi o fato de que as emissões nas ondas de rádio e nos raios-X não mostraram nada incomum como as emissões em raios-gamma.

“Os dias mais intensos de emissão foram os dias 20 e 21 de Janeiro de 2011 e 2 de Fevereiro de 2011”, disse Abdo. “O que realmente nos surpreendeu é que em um desses dias a fonte ficou 15 vezes mais brilhante do que ela tinha ficado durante o 1 mês e meio que durou a primeira passagem”.

“Uma grande vantagem das observações do LAT do Fermi é que ele monitora de forma continua a fonte, o que nos dá a observação mais completa de raios-gamma do sistema”, disse Julie McEnery, cientista de projeto do Fermi no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Md.

Os astrônomos estão analisando de forma continua a grande quantidade de dados obtidos durante esse evento para tentar entender as labaredas surpreendentes. E em Maio de 2014, quando novamente o pulsar se aproximar da estrela companheira eles estarão lá para observar o encontro novamente.

Fonte:

http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/odd-couple.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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