A grande erupção de Eta Carinae na década de 1840 criou a ondulante nebulosa Homunculus, fotografado aqui por Hubble. Agora com cerca de um ano-luz de comprimento, a nuvem em expansão contém material suficiente para fazer pelo menos 10 cópias do nosso sol. Os astrônomos ainda não sabem explicar o que causou essa erupção. Crédito:NASA, ESA, e a equipe Hubble SM4 ERO
Um novo estudo usando dados do telescópio espacial NuSTAR da NASA sugere que Eta Carinae, o sistema estelar mais luminoso e massivo dentro de 10, 000 anos-luz, está acelerando partículas para altas energias - algumas das quais podem atingir a Terra como raios cósmicos.
"Sabemos que as ondas de explosão de estrelas explodidas podem acelerar as partículas de raios cósmicos a velocidades comparáveis à da luz, um incrível aumento de energia, "disse Kenji Hamaguchi, um astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e o autor principal do estudo. "Processos semelhantes devem ocorrer em outros ambientes extremos. Nossa análise indica que Eta Carinae é um deles."
Os astrônomos sabem que os raios cósmicos com energias superiores a 1 bilhão de elétron-volts (eV) chegam até nós de fora do nosso sistema solar. Mas porque essas partículas - elétrons, prótons e núcleos atômicos - todos carregam uma carga elétrica, eles se desviam do curso sempre que encontram campos magnéticos. Isso embaralha seus caminhos e mascara suas origens.
Eta Carinae, localizado a cerca de 7, 500 anos-luz de distância, na constelação sul de Carina, é famosa por uma explosão do século 19 que brevemente a tornou a segunda estrela mais brilhante do céu. Este evento também ejetou uma enorme nebulosa em forma de ampulheta, mas a causa da erupção permanece mal compreendida.
O sistema contém um par de estrelas massivas cujas órbitas excêntricas as aproximam de maneira incomum a cada 5,5 anos. As estrelas contêm 90 e 30 vezes a massa do nosso Sol e se separam por 140 milhões de milhas (225 milhões de quilômetros) em sua abordagem mais próxima - aproximadamente a distância média que separa Marte do Sol.
"Ambas as estrelas de Eta Carinae impulsionam fluxos poderosos chamados de ventos estelares, "disse o membro da equipe Michael Corcoran, também em Goddard. "Onde esses ventos se chocam com as mudanças durante o ciclo orbital, que produz um sinal periódico em raios-X de baixa energia que rastreamos há mais de duas décadas. "
O Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA também observa uma mudança nos raios gama - luz contendo muito mais energia do que os raios X - de uma fonte na direção de Eta Carinae. Mas a visão de Fermi não é tão nítida quanto telescópios de raios-X, então os astrônomos não puderam confirmar a conexão.
Para preencher a lacuna entre o monitoramento de raios-X de baixa energia e as observações de Fermi, Hamaguchi e seus colegas recorreram ao NuSTAR. Lançado em 2012, NuSTAR pode focalizar raios-X de energia muito maior do que qualquer telescópio anterior. Usando dados recém-obtidos e de arquivo, a equipe examinou as observações do NuSTAR adquiridas entre março de 2014 e junho de 2016, junto com observações de raios-X de baixa energia do satélite XMM-Newton da Agência Espacial Europeia no mesmo período.
Eta Carinae brilha em raios-X nesta imagem do Observatório de Raios-X Chandra da NASA. As cores indicam energias diferentes. O vermelho se estende por 300 a 1, 000 elétron-volts (eV), o verde varia de 1, 000 a 3, 000 eV e tampas azuis 3, 000 a 10, 000 eV. Para comparação, a energia da luz visível é de cerca de 2 a 3 eV. As observações do NuSTAR (contornos verdes) revelam uma fonte de raios-X com energias cerca de três vezes mais altas do que a detectada pelo Chandra. Os raios X vistos da fonte do ponto central surgem da colisão do vento estelar do binário. A detecção do NuSTAR mostra que as ondas de choque na zona de colisão do vento aceleram partículas carregadas como elétrons e prótons para perto da velocidade da luz. Alguns deles podem chegar à Terra, onde serão detectados como partículas de raios cósmicos. Os raios X espalhados por detritos ejetados na famosa erupção de 1840 do Eta Carinae podem produzir a emissão vermelha mais ampla. Crédito:NASA / CXC e NASA / JPL-Caltech
Eta Carinae de baixa energia, ou macio, Os raios X vêm do gás na interface dos ventos estelares em colisão, onde as temperaturas excedem 70 milhões de graus Fahrenheit (40 milhões de graus Celsius). Mas o NuSTAR detecta uma fonte que emite raios-X acima de 30, 000 eV, cerca de três vezes mais alto do que pode ser explicado por ondas de choque nos ventos em colisão. Para comparação, a energia da luz visível varia de cerca de 2 a 3 eV.
A análise da equipe, apresentado em artigo publicado na segunda-feira, 2 de julho, no Astronomia da Natureza , mostra que esses raios-X "duros" variam com o período orbital binário e mostram um padrão semelhante de produção de energia como os raios gama observados por Fermi.
Os pesquisadores dizem que a melhor explicação para a emissão de raios-X e raios gama são os elétrons acelerados em ondas de choque violentas ao longo da fronteira dos ventos estelares em colisão. Os raios X detectados pelo NuSTAR e os raios gama detectados por Fermi surgem da luz das estrelas recebendo um grande aumento de energia por meio de interações com esses elétrons.
Alguns dos elétrons super rápidos, bem como outras partículas aceleradas, deve escapar do sistema e talvez alguns eventualmente vagar para a Terra, onde eles podem ser detectados como raios cósmicos.
"Já sabemos há algum tempo que a região ao redor de Eta Carinae é a fonte de emissão energética de raios X e gama de alta energia", disse Fiona Harrison, o principal investigador do NuSTAR e professor de astronomia da Caltech em Pasadena, Califórnia. "Mas até que o NuSTAR fosse capaz de localizar a radiação, mostre que vem do binário e estude suas propriedades em detalhes, a origem era misteriosa. "
