Objeto que não deveria existir brilha 10 milhões de vezes mais que o Sol

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/04/2023

Nesta ilustração de uma fonte ultraluminosa de raios X, dois rios de gás quente são puxados para a superfície de uma estrela de nêutrons. Campos magnéticos mostrados em verde podem alterar a interação da matéria e da luz perto da superfície desses objetos.
[Imagem: NASA/JPL-Caltech]

Fonte ultraluminosa de raios X

Objetos cósmicos exóticos, conhecidos como fontes ultraluminosas de raios X, ou ULXs (Ultra-Luminous X-Ray sources), produzem cerca de 10 milhões de vezes mais energia do que o Sol.

O problema é que esses objetos são mais de 100 vezes mais brilhantes do que deveriam. Na verdade, eles são tão radiantes que parecem ultrapassar um limite físico chamado limite de Eddington, que limita o brilho de um objeto com base em sua massa - é o máximo teórico estabelecido pelo equilíbrio entre a força da radiação, que atua para fora, e a força gravitacional, que atua para dentro.

Contra todas as teorias, porém, os ULXs excedem regularmente esse limite de 100 a 500 vezes - ao menos um caso em 1.000 vezes -, deixando os cientistas confusos.

E o telescópio de raios X Nustar, projetado para observar galáxias distantes e buracos negros, acaba de confirmar que esses objetos são de fato tão brilhantes quanto parecem ser, e que eles realmente quebram o limite de Eddington.

Uma hipótese para tentar resolver o enigma dos ULXs sugere que seu brilho extraordinário se deve aos fortes campos magnéticos do corpo celeste. Mas os cientistas podem testar essa ideia apenas por meio de observações: até bilhões de vezes mais poderosos do que os ímãs mais fortes já feitos na Terra, não existem técnicas para reproduzir em laboratório os campos magnéticos dos ULX.

Outra fonte ultraluminosa de raios X, este pulsar excede em 1.000 vezes o máximo teórico estabelecido pelo equilíbrio entre rotação e gravidade.
[Imagem: NASA/Dana Berry]

Limite de Eddington

Ultrapassar o limite de Eddington - quando a luz supera a gravidade - é significativo porque o material que cai sobre um ULX é a fonte de seu brilho. Isso também acontece nos buracos negros: Quando sua forte gravidade atrai gás e poeira dispersos, esses materiais podem aquecer e irradiar luz. Por isso, os cientistas começaram a defender que os ULXs seriam buracos negros cercados por invólucros brilhantes de gás.

Em 2014, porém, eles encontraram um ULX, chamado M82 X-2, que é um objeto muito menos massivo, uma estrela de nêutrons. Como os buracos negros, as estrelas de nêutrons se formam quando uma estrela morre e colapsa, acumulando mais do que a massa do nosso Sol em uma área não muito maior do que uma cidade de tamanho médio.

Essa densidade incrível também cria uma atração gravitacional na superfície da estrela de nêutrons cerca de 100 trilhões de vezes mais forte do que a atração gravitacional na superfície da Terra. Gás e outros materiais arrastados pela gravidade aceleram a milhões de quilômetros por hora, liberando uma energia tremenda quando atingem a superfície da estrela de nêutrons - uma maria-mole jogada na superfície de uma estrela de nêutrons a atingiria com a energia de mil bombas de hidrogênio. Isso produz a luz de raios X de alta energia detectada pelo observatório NuSTAR.

Por isso os astrônomos voltaram a observar o M82 X-2 com mais tempo e mais detalhes, para tentar confirmar as conclusões anteriores.

O que está acontecendo lá é que o M82 X-2 está roubando cerca de 9 bilhões de trilhões de toneladas de material por ano de uma estrela vizinha, algo que representa cerca de 1,5 vez a massa da Terra. Conhecendo a quantidade de material que atinge a superfície da estrela de nêutrons, os cientistas conseguiram então estimar o quão brilhante o ULX deveria ser.

E os cálculos correspondem a medições independentes do brilho do corpo celeste: O M82 X-2 de fato excede o limite de Eddington.

Possíveis explicações

Uma hipótese para explicar essa quebra do equilíbrio entre rotação e gravidade postula que ventos fortes formam um cone oco ao redor da fonte de luz, concentrando a maior parte da emissão em uma direção. Se apontado diretamente para a Terra, o cone poderia criar uma espécie de ilusão de óptica, fazendo parecer falsamente que o ULX estaria excedendo o limite de brilho.

Mesmo que esse seja o caso de alguns ULXs, este novo estudo sustenta uma hipótese alternativa, que sugere que campos magnéticos fortes distorcem os átomos - aproximadamente esféricos - em formas alongadas e fibrosas. Isso reduziria a capacidade dos fótons de afastar os átomos, aumentando o brilho máximo possível de um objeto para além dos cálculos do limite de Eddington, feitos para "situações normais".

"Essas observações nos permitem ver os efeitos desses campos magnéticos incrivelmente fortes, que nunca poderíamos reproduzir na Terra com a tecnologia atual," disse Matteo Bachetti, do Observatório Cagliari, na Itália. "Essa é a beleza da astronomia: Observando o céu, expandimos nossa capacidade de investigar como o Universo funciona. Por outro lado, não podemos realmente fazer experimentos para obter respostas rápidas; temos que esperar que o Universo nos mostre seus segredos."

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