Rebobinando o relógio na “Grande Erupção” de Eta Carinae de 1837

 Novas pesquisas fornecem a primeira estimativa da energia de raios-X liberada durante a poderosa explosão estelar.

Em meados do século 19, Eta Carinae brilhou dramaticamente, tornando-se temporariamente a estrela mais brilhante no céu do sul. Esta imagem composta da estrela e sua nebulosa bipolar circundante, chamada Nebulosa do Homúnculo, combina dados ópticos (branco) do Telescópio Espacial Hubble e dados de raios-X (azul) do Observatório de Raios-X Chandra. NASA/CXC; Óptico: NASA/STScI

A partir de 1837, a estrela Eta Carinae , localizada a cerca de 7.500 anos-luz de distância na constelação de Carina the Keel, sofreu uma tremenda explosão. O prodigioso derramamento de energia, posteriormente chamado de “Grande Erupção”, temporariamente fez Eta Car (como é referido em abreviação) um dos objetos mais brilhantes do céu noturno. E embora a luminosidade da estrela tenha caído consideravelmente desde então, o Eta Car ainda é cerca de 5 milhões de vezes mais luminoso que o Sol.

O material cósmico ejetado durante o evento cataclísmico de Eta Car – que desde então formou uma nebulosa bipolar em expansão ao redor do sistema estelar apelidado de Homunculus, ou “homenzinho” – ainda é visível dentro da maior Nebulosa Carina hoje. De fato, desde que a explosão de Eta Carinae chamou a atenção dos astrônomos, eles mal tiraram seus olhos, ou lunetas, do sistema estelar.

No entanto, apesar de 185 anos de escrutínio minucioso, “ainda há muitas coisas que não sabemos sobre a Eta Car”, disse David Espinoza, astrofísico da Universidade Nacional Autônoma de Honduras, à Astronomy. “Ele faz um monte de coisas estranhas.”

O colega de Espinoza e ex-Ph.D. conselheiro, Michael Corcoran - um astrofísico da NASA Goddard Space Flight Center e da Universidade Católica da América que estuda Eta Car nos últimos 30 anos - concorda. “Por que essa estrela explodiu e como ela conseguiu sobreviver a uma explosão tão grande continua sendo um dos grandes mistérios da astronomia estelar”, diz Corcoran.

No entanto, algumas respostas surgiram da astronomia de raios-X, a área em que Corcoran é especialista. Isso porque “os raios-X vindos da Eta Car são muito localizados”, explica ele. “Em outras bandas de onda, a radiação vem de regiões maiores ao redor da estrela, o que torna a informação mais difícil de desembaraçar.”

Sondando Eta Carinae com raios-X

No início dos anos 90, Corcoran e sua equipe descobriram que Eta Car era uma estrela variável de raios-X. Na mesma época, um estudo de uma longa série de espectros ópticos terrestres levou o astrônomo brasileiro Augusto Damineli a concluir que Eta Car é, de fato, um sistema binário. Embora a estrela menor neste sistema nunca tenha sido fotografada diretamente, os estudos de raios-X desempenharam um papel fundamental na confirmação de sua existência.

As estimativas atuais sustentam que a estrela maior (primária) tem uma massa de cerca de 90 sóis, enquanto a estrela menor (companheira) tem uma massa de cerca de 30 sóis.

No final da década de 1990, Corcoran passou a liderar uma equipe que monitorava a saída de raios-X do Eta Car com o Rossi X-ray Timing Explorer da NASA. Essas observações mostraram que as emissões de raios-X da Eta Car atingem um pico uma vez a cada 5,5 anos, quando as duas estrelas, cada uma seguindo órbitas altamente excêntricas, se aproximam. Nesses momentos, os raios X atingem seu brilho máximo. Então, dentro de algumas semanas, o sinal de raios-X quase desaparece, apenas para logo subir novamente, iniciando o ciclo todo. 

“O surpreendente sobre a variabilidade de raios X da Eta Car”, diz Corcoran, “é como ela é regular.

Eta Carinae: Uma explosão do passado

Agora, em um novo artigo publicado em 8 de julho no The Astrophysical Journal, Espinoza, Corcoran e seus colegas apresentaram a primeira estimativa da energia de raios-X descarregada durante a Grande Erupção do Eta Car do século XIX. Para fazer isso, eles juntaram mais de 300 observações feitas pelo NICER , um observatório de raios-X da NASA na Estação Espacial Internacional .

“Os raios X de baixa energia informam sobre a onda de explosão precursora, durante a qual o material mais rápido e leve é ​​ejetado, seguido pelo material mais lento e denso que sai mais tarde”, diz Espinoza. “[Esses raios-X de baixa energia], em outras palavras, revelam a vanguarda da erupção, que corresponde ao material que se estende a maior distância da estrela.”

Enquanto analisava os dados, Espinoza descobriu uma queda constante e essencialmente linear na emissão de raios X de baixa energia da Eta Car desde que as primeiras observações do NICER foram feitas em 2017. 1840 - ele e Corcoran foram capazes de mostrar que o poder de raios-X sozinho liberado pela explosão era cerca de 10 milhões de vezes maior do que todo o poder radiante do Sol em todos os comprimentos de onda.

Isso foi muito maior do que o esperado, comparável à quantidade de energia emitida em comprimentos de onda ópticos durante a Grande Erupção, e também comparável à energia cinética do material de movimento mais lento que agora compreende a Nebulosa do Homúnculo.

A estratégia que os pesquisadores usaram para sua nova análise também não é inédita. Na verdade, é muito semelhante à estratégia empregada por astrofísicos e cosmólogos que voltaram o relógio da expansão do universo para determinar que deve ter havido um Big Bang .

O que causou a Grande Erupção de Eta Carinae?

Avançando, Corcoran e Espinoza estão tentando refinar sua estimativa da explosão do século 19 de Eta Car usando dados de outros telescópios de raios-X, incluindo o Observatório de raios-X Chandra da NASA e o observatório de raios-X XXM-Newton da ESA. Eles também antecipam ansiosamente o uso do próximo satélite XRISM, um telescópio de raios-X conjunto japonês/americano programado para lançamento em abril de 2023, para medir os movimentos do gás emissor de raios-X e das próprias estrelas.

Cálculos mais precisos da liberação de energia da Eta Car não vão, por si só, resolver o mistério do que causou a erupção da estrela há 185 anos, nem revelar se ou quando tal explosão pode ocorrer novamente. No entanto, eles certamente podem ajudar os astrônomos a colocar algumas restrições nos modelos de erupção propostos até agora.

Por exemplo, Ryosuke Hirai, da Monash University, recentemente explorou a ideia de que Eta Car era na verdade um sistema estelar triplo, no qual instabilidades orbitais fizeram com que duas das três estrelas se fundissem. É essa fusão, sugere a hipótese de Hirai, que levou à espetacular explosão que o famoso astrônomo John Herschel (entre outros) testemunhou em dezembro de 1837. “Se realmente foi o resultado da fusão de duas estrelas”, diz Corcoran, “esse processo pode ser modelado em detalhes, e os dados de raios-X podem desempenhar um papel importante para nos ajudar a determinar ou descartar esses modelos de fusão estelares”.

A intrigante vida de Eta Carinae

A Eta Car apresenta aos astrofísicos uma oportunidade única de entender melhor as estrelas mais massivas e poderosas da nossa Via Láctea. Afinal, Eta Car é a estrela mais massiva e luminosa a 10.000 anos-luz da Terra.

“A maioria das estrelas no céu não está sozinha”, observa Espinoza. “Para ilustrar esse ponto, os astrônomos costumam brincar que três em cada duas estrelas no céu são binárias”, como Eta Car. Através de ventos estelares, episódios eruptivos e explosões de supernovas, estrelas gigantes como esta semeiam o universo com os elementos pesados ​​essenciais para a existência de planetas rochosos e vida.

Esses sistemas estelares massivos, acrescenta Corcoran, também podem ser as sementes dos buracos negros binários cujas colisões são detectadas por observatórios de ondas gravitacionais como o LIGO. Ainda não está claro como alguns dos maiores buracos negros em fusão detectados pelo LIGO – aqueles da ordem de 60 a 70 massas solares – se formaram e evoluíram.

Mas “eles provavelmente vêm de sistemas estelares como o Eta Car”, diz Corcoran. “A natureza está nos dando uma visão de perto de um progenitor desse tipo de sistema.”

Olhando para trás, Corcoran nunca imaginou em 1992, quando ele colocou seus olhos na Eta Car, que ela chamaria sua atenção pelos próximos 30 anos – mas tem.

“Não é um buraco negro”, diz ele, “mas é como um buraco negro, porque uma vez que você cai nele, é difícil se livrar”.

Fonte: Astronomy.com