As estrelas de nêutrons podem não ser tão pesadas quanto suas primas buracos negros mais massivas, mas eles podem ser tão poderosos quando se trata de gerar incríveis fogos de artifício de raios-X.

Desde a década de 1980, astrônomos estudaram fontes de raios-X intensos que irrompem das regiões externas de outras galáxias. Eles são chamados de fontes ultraluminosas de raios-X, ou ULXs, e eles produzem mais energia do que um milhão de sóis. Usualmente, astrônomos observariam tais emissões poderosas nos núcleos de galáxias ativas, onde se escondem buracos negros supermassivos, mas os ULXs estão longe desses gigantes. A ideia era que eles estavam sendo gerados por buracos negros de massa estelar menores - de algumas dezenas de massas solares - alimentando-se dos gases de estrelas infelizes.

Mas um padrão desconcertante começou a surgir em 2014, quando a missão Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) e outros telescópios espaciais começaram a estudar esses enigmas. Acontece que os ULXs podem não ser alimentados por buracos negros; em vez, estrelas de nêutrons parecem ser as culpadas.

"Foi uma grande surpresa, "diz Fiona Harrison, investigador principal da missão NuSTAR e professor de física da Caltech, em Pasadena, Califórnia. "No início, as pessoas pensaram que havia algo errado com a observação."

Longe de estar errado, em um novo estudo de co-autoria de Harrison e publicado na revista Nature Astronomy, uma estrela de nêutrons foi confirmada como o motor por trás de um ULX na famosa galáxia Whirlpool, também conhecido como M51. A galáxia está localizada a 28 milhões de anos-luz da Terra. É a quarta vez que os astrônomos identificam um ULX alimentado por uma estrela de nêutrons.

Enquanto estudava dados de arquivo do Observatório de Raios-X Chandra da NASA, os pesquisadores notaram uma misteriosa queda no espectro de luz ULX. Quando eles investigaram, eles deduziram que deve ter sido causado por espalhamento de ressonância do ciclotron, um fenômeno que ocorre em ambientes altamente magnéticos e é causado por partículas carregadas, como elétrons e prótons, espiralando em torno do campo magnético.

Aqui está o chute:buracos negros não têm campos magnéticos, enquanto as estrelas de nêutrons são famosas por serem usinas de força magnética, então o fato de que o espectro deste ULX tem a impressão digital do espalhamento da ressonância do ciclotron é uma grande pista de que um buraco negro não o está alimentando, mas uma estrela de nêutrons é .

Estrelas de nêutrons vorazes

Estrelas de nêutrons são remanescentes estelares superdensos que são deixados para trás depois que uma estrela fica sem combustível e explode como uma supernova. Composto de matéria degenerada, apenas uma colher de chá de estrela de nêutrons pesaria tanto quanto uma montanha. Esses objetos são extremamente magnéticos; todo o campo magnético da estrela de onde veio é reduzido a um objeto do tamanho de uma cidade. Mas para uma estrela de nêutrons gerar um ULX, deve haver algo muito especial acontecendo.

Se uma estrela de nêutrons fizer parte de um sistema binário, onde duas estrelas orbitam uma a outra, pode começar a puxar os gases quentes de seu parceiro binário, arrastando-o para um disco de acreção. À medida que o gás cai em direção à estrela de nêutrons, vai esquentar, gerando poderosa radiação de raios-X. Mas há um limite para a quantidade de energia de raios-X que uma estrela de nêutrons pode gerar.

"Da mesma forma que só podemos comer um determinado número de alimentos de cada vez, existem limites para a rapidez com que as estrelas de nêutrons podem acumular matéria, "disse Murray Brightman, um pós-doutorado na Caltech e o principal autor do estudo, em um comunicado.

À medida que o assunto cai, mais raios-X são gerados, mas isso não é sustentável. Em um determinado ponto - algo chamado Limite de Eddington - a radiação de raios X se tornará tão poderosa que fisicamente impedirá que mais gás caia no disco de acreção da estrela de nêutrons. É um corte natural. Uma vez que a energia do raio X atinge este limite, o suprimento de gás está obstruído, e as emissões de raios-X são limitadas.

"Mas os ULXs estão de alguma forma quebrando esse limite para emitir raios-X incrivelmente brilhantes, e não sabemos porque, "Brightman acrescentou.

Os pesquisadores têm um palpite, Contudo, que a personalidade magnética da estrela de nêutrons pode ser a chave. Eles acham que as quedas causadas pelo espalhamento da ressonância do ciclotron no espectro de raios-X - como o do ULX do M51 - podem nos ajudar a entender o que está acontecendo.

Se o espalhamento da ressonância do ciclotron está sendo causado por prótons interagindo com o campo magnético da estrela de nêutrons, isso revelaria que o magnetismo em torno da estrela de nêutrons é extremo. O magnetismo extremo pode reduzir a pressão dos raios-X ULX, permitindo assim que mais gás caia na estrela de nêutrons, turbinando as emissões de raios-X. Se a ressonância está sendo causado por elétrons , Contudo, isso sugeriria um campo magnético mais fraco, um que não pode explicar a energia ULX.

É necessário mais trabalho antes de sabermos com certeza se os campos magnéticos extremos ao redor das estrelas de nêutrons são o que lhes permite ultrapassar seu peso.

"Se [ULXs] são magnetares, fica mais fácil para eles parecerem tão brilhantes, "Harrison diz.

É possível que ULXs sejam alimentados por magnetares, a família mais magnética de estrelas de nêutrons, então o ULX na galáxia Whirlpool poderia ser conduzido pelo tipo mais exótico de estrela de nêutrons.