Descoberto um pulsar ultraluminoso

2014-10-09

Uma fonte ultraluminosa de raios-X (ULX) no centro da galáxia M82, que os astrónomos pensavam ser um buraco negro, é o pulsar mais brilhante até agora detectado. Imagem composta que mostra os raios-X detectados pelo NuSTAR (roxo) e pelo Chandra (azul) combinados com dados do óptico (dourado) obtidos pelo telescópio de 2,1 metros do NOAO, Kitt Peak, Arizona. Crédito: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Toulouse/M. Bachetti; Optical: NOAO.
Uma fonte ultraluminosa de raios-X
raios-X
A radiação X é a radiação electromagnética cujo comprimento de onda está compreendido entre o ultravioleta e os raios gama, ou seja, pertence ao intervalo de aproximadamente 0,1 Å a 100 Å. Descobertos em 1895, os raios-X tambêm são, por vezes, chamados de raios de Röntgen em homenagem ao seu descobridor. A radiação X é altamente penetrante, o que a torna muito útil, por exemplo, para obter radiografias.
(ou ULX) que os astrónomos pensavam ser um buraco negro
buraco negro
Um buraco negro é um objecto cuja gravidade é tão forte que a sua velocidade de escape é superior à velocidade da luz. Em Astronomia, distinguem-se dois tipos de buraco negro: os buracos negros estelares, que resultam da morte de uma estrela de massa elevada, e os buracos negros galácticos, que existem no centro das galáxias activas.
é afinal o pulsar mais brilhante até agora detectado, com a energia de cerca de 10 milhões de sóis.

As ULXs são objectos que produzem mais raios-X que os binários de raios-X comuns, nos quais uma estrela
estrela
Uma estrela é um objecto celeste gasoso que gera energia no seu núcleo através de reacções de fusão nuclear. Para que tal possa suceder, é necessário que o objecto possua uma massa superior a 8% da massa do Sol. Existem vários tipos de estrelas, de acordo com as suas temperaturas efectivas, cores, idades e composição química.
orbita uma estrela de neutrões
neutrão
Partícula que, juntamente com o protão, constitui os núcleos atómicos. Exceptuando o hidrogénio, todos os átomos têm neutrões, e é o número de neutrões que determina o isótopo de determinado elemento químico. Os neutrões têm carga eléctrica neutra. Os neutrões são formados por três quarks (dois "d" e um "u"), são bariões (e hadrões) e o seu spin é um número semi-inteiro. Os neutrões livres declinam por decaímento beta, com um tempo de semi-vida de 10,8 minutos, originando um protão, um electrão e um neutrino. No núcleo atómico, o neutrão é tão estável quanto o protão.
ou um buraco negro de massa
massa
A massa é uma medida da quantidade de matéria de um dado corpo.
estelar - os buracos negros nestes sistemas binários geralmente pesam cerca de cinco a trinta massas solares
massa solar
Massa solar é a quantidade de massa existente no Sol e, simultaneamente, a unidade na qual os astrónomos exprimem as massas das estrelas, nebulosas e galáxias. Uma massa solar é igual a 1,989x1030 kg.
.

Os astrónomos usaram o NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) e Observatório Chandra
Chandra X-ray Observatory
O observatório de raios-X Chandra, lançado em 1999, faz parte do projecto dos Grandes Observatórios Espaciais da NASA. O seu nome homenageia Subrahmanyan Chandrasekhar, Prémio Nobel da Física em 1983. O Chandra detecta fontes de raios-X a milhares de milhões de anos-luz de nós. Observar em raios-X é a única forma de observar matéria muito quente, a milhões de graus Célsius. O Chandra detecta raios-X de regiões de alta energia, como por exemplo remanescentes de supernovas.
de Raios-X para estudarem duas ULXs no centro de M82, uma galáxia
galáxia
Um vasto conjunto de estrelas, nebulosas, gás e poeira interestelar gravitacionalmente ligados. As galáxias classificam-se em três categorias principais: espirais, elípticas e irregulares.
localizada a pouco mais de 11 milhões de anos-luz
ano-luz (al)
O ano-luz (al) é uma unidade de distância igual a 9,467305 x 1012 km, que corresponde à distância percorrida pela luz, no vácuo, durante um ano.
da Terra. Obtiveram uma imagem composta que mostra os raios-X detectados pelo NuSTAR (roxo) e pelo Chandra (azul) combinados com dados do óptico (dourado) obtidos pelo telescópio de 2,1 metros do NOAO
National Optical Astronomy Observatory (NOAO)
O Observatório Nacional de Astronomia no Óptico norte-americano (NOAO) foi formado em 1982 para consolidar os observatórios nacionais de Kitt Peak (Arizona), de Cerro Tololo (Chile) e Solar (Arizona). Mais recentemente, o Observatório Nacional Solar tornou-se independente. O NOAO é também o representante norte-americano no projecto internacional do Observatório Gemini. O NOAO é financiado pela NSF e operado pela AURA.
, em Kitt Peak
Kitt Peak National Observatory (KPNO)
O Observatório Nacional de Kitt Peak (KPNO) faz parte dos observatórios da NOAO e inclui diversos telescópios ópticos, de infravermelhos e um telescópio solar, além de operar, em consórcio, 19 telescópios ópticos e dois radiotelescópios. O KPNO situa-se a 90 km de Tucson, no Arizona (EUA).
, Arizona.

Até agora, os astrónomos pensavam que era a matéria a cair em buracos negros que alimentava a emissão brilhante de raios-X em todas as ULXs. Estima-se que a maior parte dos buracos negros em ULXs pesem pelo menos 10 a 50 vezes a massa do Sol
Sol
O Sol é a estrela nossa vizinha, que se encontra no centro do Sistema Solar. Trata-se de uma estrela anã adulta (dita da sequência principal) de classe espectral G. A temperatura na sua superfície é aproximadamente 5800 graus centígrados e o seu raio atinge os 700 mil quilómetros.
, mas algumas das ULXs mais brilhantes podem pesar 100 massas solares, ou mais.

Mas os novos dados de raios-X obtidos revelaram a natureza de uma das ULXs em M82. Através do NuSTAR, os cientistas descobriram variações regulares, ou pulsações, no brilho
brilho
O brilho de um astro refere-se à quantidade de luz que dele provém, ou seja, a quantidade de energia por ele emitida por unidade de área por unidade de tempo. Dado que o brilho observado, ou medido, depende da distância ao objecto, distingue-se o brilho aparente (quando medido a uma determinada distância), do brilho intrínseco (conceptualmente medido na supefície do próprio astro).
do objecto conhecido como M82X-2. Este objecto pulsa, em média, uma vez em cada 1,37 segundos e as pulsações variam num padrão regular, com um período de 2,5 dias.

Este tipo de pulsações não é observado em buracos negros. Pelo contrário, é a assinatura dos chamados pulsares, estrelas de neutrões
estrela de neutrões
Uma estrela de neutrões é o remanescente de uma estrela de massa elevada que explodiu como supernova. Trata-se de um objecto muito compacto constituído essencialmente por neutrões, com apenas cerca de 10 a 20 km de diâmetro, uma densidade média entre 1013 e 1015 g/cm3, uma temperatura central de 109 graus e um intenso campo magnético de 1012 gauss.
em rápida rotação. Os desvios aparentes no período de pulsação devem-se ao movimento da estrela na sua órbita
órbita
A órbita de um corpo em movimento é a trajectória que o corpo percorre no espaço.
. Assumindo que o pulsar pesa 1,4 vezes a massa do Sol (o tamanho comum de um pulsar ou estrela de neutrões), os dados implicam que a massa da companheira seja de pelo menos 5,2 massas solares.

Esta descoberta é importante porque pode significar que os pulsares constituem uma parte significativa da população das ULX. O Chandra já antes observara M82X-2, mas as pulsações só foram encontradas nas observações realizadas pelo NuSTAR, uma missão de raios-X de alta energia, lançada em 2012. Quando o NuSTAR detectou as pulsações, foi necessário usar o Chandra, com a sua excelente resolução espacial, para resolver a outra ULX nas proximidades de M82X-2 e descartar as possíveis contribuições de outras fontes. Embora o Chandra não tenha detectado pulsações em M82X-2, os cientistas determinaram que fonte foi responsável pelas observadas pelo NuSTAR comparando as imagens de ambos os observatórios.

Além das pulsações, o brilho geral de raios-X em M82X-2 é variável, em escalas de tempo de semanas ou meses. O seu brilho máximo supera num factor superior a 10 o de qualquer pulsar conhecido alimentado por acreção
acreção
Designa-se por acreção a acumulação de matéria (gás e poeira) para um astro central, como por exemplo um buraco negro, uma estrela, uma galáxia, ou um planeta.
de material de uma estrela companheira. É tão brilhante que levou os astrónomos a pensar que apenas um buraco negro de 50 a 100 massas solares poderia explicar tal brilho.

O mais recente estudo de M82X-2 oferece novos desafios aos teóricos para desenvolverem modelos que expliquem como pode um pulsar atrair matéria para produzir tal quantidade de raios-X.

Quando a matéria é atraída em direcção a um objecto denso e compacto, como um pulsar, uma estrela de neutrões ou um buraco negro, ela é aquecida e produz raios-X. Estes raios-X criam uma pressão de radiação
radiação electromagnética
A radiação electromagnética, ou luz, pode ser considerada como composta por partículas (os fotões) ou ondas. As suas propriedades dependem do comprimento de onda: ondas ou fotões com comprimentos de onda mais longos traduzem radiação menos energética. A radiação electromagnética, ou luz, é usualmente descrita como um conjunto de bandas de radiação, como por exemplo o infravermelho, o rádio ou os raios-X.
que empurra para fora a matéria. Para que a queda de matéria se mantenha, a pressão da radiação de raios-X deverá ser menor que a força da gravidade do objecto compacto.

O brilho de raios-X de M82X-2 atinge um valor cerca de 100 vezes superior ao que corresponde ao limite de Eddington, a máxima luminosidade
luminosidade
A luminosidade (L) é a quantidade de energia que um objecto celeste emite por unidade de tempo e em determinado comprimento de onda, ou em determinada banda de comprimentos de onda.
de um objecto quando há um equilíbrio entre a pressão da radiação e a força gravitacional. Possíveis explicações para a violação do limite de Eddington incluem efeitos geométricos decorrentes do afunilamento, ao longo das linhas do campo magnético
campo magnético
O campo magnético é a região em torno de um corpo na qual é detectada uma força magnética. Os campos magnéticos actuam apenas em partículas electricamente carregadas. Campos magnéticos fracos são por exemplo gerados por efeito de dínamo no interior dos planetas e luas, enquanto que campos magnéticos mil milhões de vezes mais fortes podem ser gerados em estrelas e galáxias. Os campos magnéticos são capazes de controlar o movimento de gás ionizado e até moldar a forma dos corpos por eles actuados.
, da matéria que cai.

Fonte da notícia: http://www.nasa.gov/chandra/news/ultraluminous_pulsar.html