NuSTAR observou fonte ultraluminosa de raios-X que desapareceu rapidamente

As manchas de azul e verde brilhante que se podem ver nesta imagem da galáxia dos Fogos de Artifício (Fireworks – NGC 6946) mostram a localização de fontes extremamente brilhantes de raios-X que foram captadas pelo observatório espacial NuSTAR da NASA. Geradas através de alguns dos processos mais energéticos do Universo, estas fontes de raios-X são raras quando comparadas com o grande número de fontes de luz visível da imagem de fundo. Um novo estudo, publicado na revista Astrophysical Journal, apresenta algumas explicações possíveis para o surgimento surpresa da fonte verde, perto do centro da galáxia, que apareceu e desapareceu em questão de semanas.

O principal objetivo das observações realizadas pelo NuSTAR era estudar a supernova – a explosão de uma estrela muito mais massiva que o Sol – que aparece como um ponto brilhante verde-azulado em cima e à direita. Estes eventos violentos podem produzir durante pouco tempo luz visível em quantidade suficiente para ofuscar galáxias inteiras, com milhares de milhões de estrelas. Geram também muitos dos elementos químicos do Universo que são mais pesados ​​que o ferro.

A bolha verde junto à parte de baixo da galáxia não era visível durante a primeira observação do NuSTAR, mas 10 dias depois, no início de uma segunda observação, já brilhava fortemente. Mais tarde, o Observatório de Raios-X Chandra da NASA detetou que a fonte – conhecida como ULX, ou fonte ultraluminosa de raios-X – tinha desaparecido rapidamente. O objeto recebeu o nome de ULX-4 porque é a quarta ULX identificada nesta galáxia. Não foi detetada qualquer luz visível, facto que muito provavelmente exclui a possibilidade de ser também uma supernova.

“Dez dias são um período muito curto para o aparecimento de um objeto tão brilhante,” disse Hannah Earnshaw, investigadora de pós-doutoramento da Caltech, em Pasadena, Califórnia, e principal autora do novo estudo. “Com o NuSTAR, normalmente observamos mudanças mais graduais ao longo do tempo, e não é usual observarmos uma fonte várias vezes e em rápida sucessão. Neste caso, tivemos a sorte de captar uma fonte a sofrer alterações extremamente depressa, o que é muito interessante.”

Um possível buraco negro

O novo estudo explora a possibilidade de a luz vir de um buraco negro que está a consumir outro objeto, como uma estrela. Se um objeto se aproximar demasiado de um buraco negro, a gravidade pode destroça-lo, colocando os detritos em órbita próxima à volta do buraco negro. O material na borda interna desse disco recém-formado começa a mover-se tão depressa que aquece até aos milhões de graus e emite raios-X (para comparação, a superfície do Sol tem uma temperatura de aproximadamente 5500 graus Celsius).

A maioria das ULXs tem uma vida longa porque são criadas por um objeto denso, como um buraco negro, que “se alimenta” da estrela durante um longo período de tempo. As fontes de raios-X de curta duração ou transitórias, como ULX-4, são muito mais raras. Um evento dramático único – como por exemplo um buraco negro a destruir rapidamente uma pequena estrela – poderá explicar a observação.

No entanto, há que considerar a hipótese de ULX-4 não ser um evento pontual, e os autores do artigo exploraram outras explicações possíveis. Uma delas é a fonte de ULX-4 ser uma estrela de neutrões. As estrelas de neutrões são objetos extremamente densos formados a partir da explosão de estrelas que não tinham massa suficiente para formar buracos negros. Com aproximadamente a mesma massa do Sol, mas compactadas em objetos do tamanho de uma grande cidade, as estrelas de neutrões podem, tal como buracos negros, atrair material e criar discos de detritos que se movem rapidamente. Estes podem também gerar fontes ultraluminosas de raios-X, de alimentação lenta, embora os raios-X sejam produzidos por processos ligeiramente diferentes das ULXs criadas por buracos negros.

As estrelas de neutrões geram campos magnéticos tão fortes que podem criar “colunas” que canalizam o material para a superfície, gerando no processo poderosos raios-X. Mas se a estrela de neutrões girar particularmente depressa, esses campos magnéticos podem criar uma barreira que impede o material de alcançar a superfície da estrela.

“É como tentar saltar para um carrossel que gira a milhares de quilómetros por hora,” explicou Earnshaw.

O efeito de barreira irá impedir que a estrela seja uma fonte brilhante de raios-X, exceto nos momentos em que a barreira magnética possa oscilar brevemente, permitindo que o material se escape e caia na superfície da estrela de neutrões. Esta poderá ser outra explicação para o aparecimento e desaparecimento repentino de ULX-4. Se a mesma fonte surgir novamente, poderá apoiar esta hipótese.

“Este resultado é um passo em frente para compreendermos alguns dos mais raros e extremos casos de matéria em acreção em torno de buracos negros ou estrelas de neutrões,” disse Earnshaw.

Fonte da notícia: NASA