O telescópio Interior Composition Explorer (NICER) da estrela de nêutrons da NASA na Estação Espacial Internacional detectou um aumento repentino de raios-X por volta das 22h04. EDT em 20 de agosto. A explosão foi causada por um grande flash termonuclear na superfície de um pulsar, os restos esmagados de uma estrela que há muito tempo explodiu como uma supernova.

A explosão de raios-X, o mais brilhante visto pelo NICER até agora, veio de um objeto chamado SAX J1808.4-3658, ou J1808 para breve. As observações revelam muitos fenômenos que nunca foram vistos juntos em uma única explosão. Além disso, a bola de fogo que se afundou brilhou brevemente novamente por razões que os astrônomos ainda não conseguem explicar.

"Esta explosão foi excelente, "disse o pesquisador principal Peter Bult, um astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e a Universidade de Maryland, College Park. "Vemos uma mudança em duas etapas no brilho, que pensamos ser causado pela ejeção de camadas separadas da superfície do pulsar, e outros recursos que nos ajudarão a decodificar a física desses eventos poderosos. "

A explosão, que os astrônomos classificam como uma explosão de raios-X Tipo I, liberou tanta energia em 20 segundos quanto o Sol em quase 10 dias. Os detalhes que o NICER capturou nesta erupção recorde ajudará os astrônomos a refinar sua compreensão dos processos físicos que conduzem as explosões termonucleares dela e de outros pulsares em explosão.

Um pulsar é uma espécie de estrela de nêutrons, o núcleo compacto deixado para trás quando uma estrela massiva fica sem combustível, colapsa sob seu próprio peso, e explode. Os pulsares podem girar rapidamente e hospedar pontos quentes emissores de raios-X em seus pólos magnéticos. Conforme o objeto gira, ele varre os pontos quentes em nossa linha de visão, produzindo pulsos regulares de radiação de alta energia.

J1808 está localizado a cerca de 11, 000 anos-luz de distância, na constelação de Sagitário. Ele gira em estonteantes 401 rotações a cada segundo, e é membro de um sistema binário. Sua companheira é uma anã marrom, um objeto maior que um planeta gigante, mas pequeno demais para ser uma estrela. Um fluxo constante de gás hidrogênio flui da companheira em direção à estrela de nêutrons, e se acumula em uma vasta estrutura de armazenamento chamada disco de acreção.

O gás nos discos de acreção não se move para dentro facilmente. Mas a cada poucos anos, os discos em torno dos pulsares como J1808 tornam-se tão densos que uma grande quantidade do gás se torna ionizada, ou despojado de seus elétrons. Isso torna mais difícil para a luz se mover através do disco. A energia aprisionada inicia um processo descontrolado de aquecimento e ionização que aprisiona ainda mais energia. O gás se torna mais resistente ao fluxo e começa a espiralar para dentro, finalmente caindo no pulsar.

A chuva de hidrogênio na superfície forma um calor, cada vez mais profundo "mar" global. Na base desta camada, temperaturas e pressões aumentam até que os núcleos de hidrogênio se fundam para formar núcleos de hélio, que produz energia - um processo em funcionamento no núcleo do nosso sol.

"O hélio se instala e forma uma camada própria, "disse Zaven Arzoumanian de Goddard, o investigador principal adjunto do NICER e co-autor do artigo. "Uma vez que a camada de hélio tem alguns metros de profundidade, as condições permitem que os núcleos de hélio se fundam em carbono. Em seguida, o hélio entra em erupção de forma explosiva e desencadeia uma bola de fogo termonuclear em toda a superfície do pulsar. "

Os astrônomos empregam um conceito chamado limite de Eddington - em homenagem ao astrofísico inglês Sir Arthur Eddington - para descrever a intensidade máxima de radiação que uma estrela pode ter antes que a radiação faça com que a estrela se expanda. Este ponto depende fortemente da composição do material acima da fonte de emissão.

"Nosso estudo explora esse conceito antigo de uma nova maneira, "disse o co-autor Deepto Chakrabarty, um professor de física no Massachusetts Institute of Technology em Cambridge. "Aparentemente, estamos vendo o limite de Eddington para duas composições diferentes na mesma explosão de raios-X. Esta é uma maneira muito poderosa e direta de acompanhar as reações de queima nuclear que estão por trás do evento."

Quando a explosão começou, Os dados do NICER mostram que o brilho do raio-X se estabilizou por quase um segundo antes de aumentar novamente em um ritmo mais lento. Os pesquisadores interpretam esse "estol" como o momento em que a energia da explosão acumulou-se o suficiente para explodir a camada de hidrogênio do pulsar no espaço.

A bola de fogo continuou a crescer por mais dois segundos e então atingiu seu pico, soprando para fora da camada de hélio mais massiva. O hélio se expandiu mais rápido, ultrapassou a camada de hidrogênio antes que pudesse se dissipar, e depois diminuiu, parou e se acomodou na superfície do pulsar. Após esta fase, o pulsar brilhou novamente em cerca de 20 por cento por razões que a equipe ainda não entende.

Durante a recente rodada de atividades do J1808, NICER detectou outro, rajadas de raios-X muito mais fracas que não exibiram nenhuma das principais características observadas no evento de 20 de agosto.

Além de detectar a expansão de diferentes camadas, As observações do NICER da explosão revelam raios-X refletindo do disco de acreção e registram a oscilação de "oscilações de explosão" - sinais de raios-X que sobem e descem na frequência de rotação do pulsar, mas que ocorrem em locais de superfície diferentes dos pontos quentes responsáveis para seus pulsos normais de raios-X.

Um artigo descrevendo as descobertas foi publicado pela The Cartas de jornal astrofísico .