Ver alguns emissores cósmicos de raios-X pode ser uma questão de perspectiva
É difícil não perceber o feixe de uma lanterna apontado diretamente para você. Mas aquele feixe visto de lado parece significativamente mais escuro. O mesmo vale para alguns objetos cósmicos: como uma lanterna, eles irradiam principalmente em uma direção e parecem dramaticamente diferentes dependendo se o feixe aponta para longe da Terra (e telescópios espaciais próximos) ou diretamente para ela.
Novos dados do observatório espacial NuSTAR da NASA indicam que este fenômeno é verdadeiro para alguns dos mais proeminentes emissores de raios-X no universo local: fontes ultraluminosas de raios-X, ou ULXs. A maioria dos objetos cósmicos, incluindo estrelas, irradiam pouca luz de raios-X , particularmente na faixa de alta energia vista pelo NuSTAR. Os ULXs , em contraste, são como faróis de raios-X cortando a escuridão.
Para ser considerada um ULX, uma fonte deve ter uma luminosidade de raios-X cerca de um milhão de vezes mais brilhante do que a saída total de luz do Sol (em todos os comprimentos de onda). ULXs são tão brilhantes que podem ser vistos a milhões de anos-luz de distância, em outras galáxias.
O novo estudo mostra que o objeto conhecido como SS 433 , localizado na Via Láctea e apenas cerca de 20.000 anos-luz da Terra, é um ULX, embora pareça ser cerca de 1.000 vezes mais escuro do que o limite mínimo para ser considerado um .
Essa fraqueza é um truque de perspectiva, de acordo com o estudo: Os raios X de alta energia do SS 433 são inicialmente confinados em dois cones de gás que se estendem de lados opostos do objeto central. Esses cones são semelhantes a uma tigela espelhada que envolve a lâmpada de uma lanterna: eles encurralam a luz de raios-X do SS 433 em um feixe estreito, até que escape e seja detectado pelo NuSTAR. Mas como os cones não estão apontando diretamente para a Terra, o NuSTAR não pode ver o brilho total do objeto.
"Há muito suspeitamos que alguns ULXs emitem luz em colunas estreitas, em vez de em todas as direções como uma lâmpada nua", disse Matt Middleton, professor de astrofísica da Universidade de Southampton no Reino Unido e principal autor do estudo. "Em nosso estudo, confirmamos essa hipótese, mostrando que o SS 433 se qualificaria como um ULX para um observador de frente."
Se um ULX relativamente perto da Terra pode esconder seu verdadeiro brilho por causa de como ele está orientado, então provavelmente haverá mais ULXs - particularmente em outras galáxias - disfarçados de maneira semelhante. Isso significa que a população ULX total deve ser muito maior do que os cientistas observam atualmente.
Cone das Trevas
Cerca de 500 ULXs foram encontrados em outras galáxias, e sua distância da Terra significa que muitas vezes é quase impossível dizer que tipo de objeto gera a emissão de raios-X. Os raios X provavelmente vêm de uma grande quantidade de gás sendo aquecida a temperaturas extremas ao ser puxada pela gravidade de um objeto muito denso. Esse objeto pode ser uma estrela de nêutrons (os restos de uma estrela em colapso) ou um pequeno buraco negro, que não tem mais do que cerca de 30 vezes a massa do nosso sol.
O gás forma um disco ao redor do objeto, como água circulando em um ralo. O atrito no disco aumenta a temperatura, fazendo com que ele irradie, às vezes ficando tão quente que o sistema entra em erupção com raios-X. Quanto mais rápido o material cai sobre o objeto central, mais brilhantes são os raios-X.
Os astrônomos suspeitam que o objeto no coração do SS 433 é um buraco negro com cerca de 10 vezes a massa do nosso sol. O que se sabe com certeza é que ele está canibalizando uma grande estrela próxima, sua gravidade sugando material em uma taxa rápida: em um único ano, SS 433 rouba o equivalente a cerca de 30 vezes a massa da Terra de seu vizinho, o que o torna o mais ganancioso buraco negro ou estrela de nêutrons conhecida em nossa galáxia.
"Há muito tempo se sabe que essa coisa está comendo a uma taxa fenomenal", disse Middleton. "Isso é o que diferencia os ULXs de outros objetos e é provavelmente a causa raiz da grande quantidade de raios-X que vemos neles".
O objeto em SS 433 tem olhos maiores que o estômago: está roubando mais material do que pode consumir. Parte do excesso de material é expelido do disco e forma dois hemisférios em lados opostos do disco. Dentro de cada um há um vazio em forma de cone que se abre para o espaço. Esses são os cones que envolvem a luz de raios-X de alta energia em um feixe. Qualquer pessoa olhando diretamente para um dos cones veria um ULX óbvio. Embora compostos apenas de gás, os cones são tão grossos e maciços que agem como um painel de chumbo em uma sala de projeção de raios-X e bloqueiam a passagem dos raios-X através deles para o lado.
Os cientistas suspeitaram que alguns ULXs podem estar ocultos por esse motivo. O SS 433 ofereceu uma chance única de testar essa ideia porque, como um pião, ele oscila em seu eixo - um processo que os astrônomos chamam de precessão.
Na maioria das vezes, ambos os cones do SS 433 apontam para bem longe da Terra. Mas, devido à forma como o SS 433 tem precessão, um cone periodicamente se inclina levemente em direção à Terra, de modo que os cientistas podem ver um pouco da luz de raios-X saindo do topo do cone. No novo estudo, os cientistas observaram como os raios X vistos pelo NuSTAR mudam conforme o SS 433 se move. Eles mostram que se o cone continuasse a se inclinar em direção à Terra para que os cientistas pudessem olhar diretamente para baixo, eles veriam luz de raios-X suficiente para chamar oficialmente o SS 433 de ULX.
Os buracos negros que se alimentam em taxas extremas moldaram a história do nosso universo. Buracos negros supermassivos, que têm milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, podem afetar profundamente sua galáxia hospedeira quando se alimentam. No início da história do universo, alguns desses enormes buracos negros podem ter se alimentado tão rápido quanto o SS 433, liberando enormes quantidades de radiação que remodelaram os ambientes locais. Fluxos de saída (como os cones em SS 433) redistribuíram a matéria que poderia eventualmente formar estrelas e outros objetos.
Mas como esses gigantes que se consomem rapidamente residem em galáxias incrivelmente distantes (a que fica no coração da Via Láctea atualmente não está comendo muito), eles continuam difíceis de estudar. Com o SS 433, os cientistas encontraram um exemplo em miniatura desse processo, muito mais perto de casa e muito mais fácil de estudar, e o NuSTAR forneceu novos insights sobre a atividade que ocorre lá.
"Quando lançamos o NuSTAR, não acho que ninguém esperava que os ULXs fossem uma área de pesquisa tão rica para nós", disse Fiona Harrison, investigadora principal do NuSTAR e professora de física da Caltech em Pasadena, Califórnia. "Mas o NuSTAR é o único que pode ver quase toda a gama de comprimentos de onda de raios-X emitidos por esses objetos, e isso nos dá uma visão sobre os processos extremos que devem estar conduzindo-os."
NuSTAR é uma missão do Small Explorer liderada pela Caltech e gerenciada pelo Jet Propulsion Laboratory da NASA, uma divisão da Caltech, para o Science Mission Directorate da agência em Washington. NuSTAR foi desenvolvido em parceria com a Universidade Técnica Dinamarquesa e a Agência Espacial Italiana (ASI).
A espaçonave foi construída pela Orbital Sciences Corporation em Dulles, Virginia (agora parte da Northrop Grumman). O centro de operações da missão do NuSTAR fica na Universidade da Califórnia, Berkeley, e o arquivo de dados oficial está no Centro de Pesquisa do Arquivo Científico de Astrofísica de Alta Energia da NASA. ASI fornece a estação terrestre da missão e um arquivo espelho.