Uma Fonte Exótica de Raios Cósmicos: Buracos Negros Bebês

Raios cósmicos – partículas que são aceleradas próximo da velocidade da luz – que são ejetados do Sol a todo instante, podem ser considerados preguiçosos se comparado com os chamados Raios Cósmicos de Energia Ultra Alta, ou a sigla em inglês (UHECRs). Esse tipo de raio é originado em fontes fora do Sistema Solar e são muito mais energéticos do que aqueles emitidos pelo Sol, e também muito mais raros. A fusão entre uma anã branca e uma estrela de nêutron ou um buraco negro pode ser a fonte desses raios, e essas fusões podem ser freqüentes o suficiente para ser a fonte mais significante dessas partículas energéticas.

O projeto denominado Sloan White dwArf Radial Velocity Data Mining Survey (SWARMS), o qual é parte do grande projeto denominado Sloan Digital Sky Survey, recentemente revelou um sistema binário de objetos exóticos a uma distância de somente 50 parsecs do Sistema Solar. Esse sistema, denominado SDSS 1257+5428, parece ser uma estrela anã branca que está orbitando uma estrela de nêutrons ou um buraco negro de pouca massa.

Os autores do trabalho da descoberta argumentam que esse tipo de sistema e a subseqüente fusão desses remanescentes exóticos das estrelas, podem ser comuns no universo e podem gerar a quantidade de UHECRs que são atualmente observadas. A fusão entre uma anã branca e um buraco negro ou uma estrela de nêutrons pode também gerar um buraco negro de pouca massa, também conhecido como buraco negro bebê.

Esse tipo de fusão pode ser a fonte mais significante de UHECRs na Via Láctea, e uma fusão desse tipo pode ocorrer a cada 2000 anos. Esse tipo de fusão pode ser menos comum do que o tipo Ia de supernovas, que originam um sistema binário de anãs brancas.

Uma anã branca se fundindo com uma estrela de nêutron pode criar um buraco negro de pouca massa, aproximadamente 3 vezes a massa do Sol. De fato esse cenário é bem provável se nós pensarmos que as estrelas de nêutron possuem no máximo entre 2 e 3 vezes a massa do Sol. A idéia é que a anã branca seja rompida e sua massa seja somada na estrela de nêutron, essa por sua vez se colapsa em forma de um buraco negro. Neste caso é possível identificar o sinal do buraco negro por meio das ondas gravitacionais.

Os raios cósmicos originados no Sol tem uma energia na ordem de 10^7 até 10^10 eletron-volts, já os raios cósmicos de ultra alta energia são raros de serem identificados, mas sua energia pode exceder a ordem de 10^20 eletron-volts. Como sistemas como o SDSS 1257+5428 podem fabricar raios com tanta energia?

Existem duas possibilidades igualmente possíveis. Na primeira, a formação do buraco negro e subseqüentemente do disco de acresção  gerado a partir da fusão poderia gerar jatos como os vistos nos centro das galáxias. Embora esses jatos sejam muito, muito menores, a onda de choque a frente deles poderia acelerar as partículas fornecendo a elas energia suficiente para criar as UHECRs.

No segundo cenário, a estrela de nêutron roubaria matéria da companheira anã branca e essa acumulação começaria a girar rapidamente. A tensão magnética que se formaria na superfície da estrela, seria capaz de acelerar qualquer partícula que interagisse com o campo magnético com energias ultra altas.

A criação desses raios cósmicos de ultra alta energia por esses sistemas é altamente teórica, e o quanto ele pode ser comum na nossa galáxia não passa de meras estimativas. Essa incerteza remonta a duvida inicial surgida pouco depois da descoberta do SDSS 1257+5428, se a companheira da anã branca é uma estrela de nêutron ou um buraco negro.  Mas o fato de terem descoberto os SWARMS no início da pesquisa encoraja os pesquisadores a procurar por mais sistemas binários exóticos.

Não é claro se poderão encontrar SWARMS em 10 ou 100 desses sistemas. Se isso acontecer indica que a taxa de fusões catastróficas como as previstas por essa pesquisa é muito alta. Embora a astronomia já foi surpreendida muitas vezes, os pesquisadores contam que levando em conta a área do céu explorada até o momento a estimativa da taxa de fusões está correta, ou seja, SWARMS devem ser vistos apenas em mais um sistema e podem até não ser vistos mais. Uma pesquisa similar realizada nos céus do hemisfério sul, em um projeto semelhante ao SLOAN pode identificar mais um sistema.

Observações do SDS 1257+5428 já foram feitas utilizando o observatório de raios-X Swift e algumas medidas adicionais são feitas no comprimento de ondas de rádio. Nenhuma fonte de raios gamma foi encontrada nesta posição utilizando o telescópio Fermi.

Os pesquisadores dizem que provavelmente a observação mais importante do sistema será aquela onde tentarão medir a verdadeira distância via o método da paralaxe. Até agora a distância foi calculada com base nas propriedades observadas da anã branca. Em principio serão relativamente fácil observar esse objeto o ano que vem e então  calcular a distância via paralaxe, o que com certeza irá aliviar e solucionar muitas questões sobre as propriedades físicas das anãs brancas.

A fusão de uma estrela de neutron e um buraco negro com um anã branca pode criar os raios cósmicos de ultra alta energia além de criar pequenos buracos negros, denominados de buracos negros bebês.

(Fonte: http://www.sdss.org/)

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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