A explosão de uma estrela de nêutrons revela a natureza dos fenômenos observados apenas em buracos negros

Uma equipe científica internacional liderada pelo Instituto de Astrofísica das Canárias (IAC) encontrou uma estrela de nêutrons que captura matéria de uma estrela companheira com um processo violento e instável.

Impressão artística da erupção ardente da estrela de nêutrons Swift J1858 em comparação com o buraco negro GRS 1915+105. Crédito: Gabriel Pérez Díaz (IAC) 

Este mecanismo, anteriormente observado apenas em buracos negros muito brilhantes, mostra que a chamada "instabilidade de acreção" é na verdade um processo físico fundamental. Além disso, esta descoberta abre um novo cenário geral que explica a extrema acreção de matéria em objetos compactos. O estudo foi publicado na revista Nature.

Binários de raios-X são sistemas formados por um objeto compacto, uma estrela de nêutrons ou um buraco negro, e uma estrela de tamanho semelhante ao Sol. O objeto compacto engole matéria da estrela companheira através de um disco que emite grandes quantidades de luz, especialmente em raios-X. Este processo em que o objeto compacto atrai matéria, conhecido como acreção, geralmente ocorre em erupções violentas durante as quais o sistema se torna até mil vezes mais brilhante.

Além disso, parte do material removido que desce em espiral em direção ao objeto compacto no disco é ejetado de volta ao espaço através de ventos ou na forma de jatos de matéria.

O binário de raios-X conhecido como Swift J1858.6-0814 foi descoberto em 2018 durante um desses espetaculares episódios eruptivos, desconcertando a comunidade astronômica desde as primeiras observações. O sistema mostrou explosões incríveis por um ano, emitindo em todos os comprimentos de onda, de ondas de rádio a raios-X. A origem desses "fogos de artifício cósmicos" era desconhecida, mas eles eram tão brilhantes que a comunidade científica acreditava que o objeto compacto deveria ser um buraco negro.

No entanto, a descoberta de explosões termonucleares em 2020 identificou a presença de uma superfície sólida no objeto compacto, confirmando assim que o Swift J1858 contém uma estrela de nêutrons.

Graças a uma campanha internacional de observação multitelescópio liderada pelo IAC, a equipe descobriu que o Swift J1858 exibe as mesmas instabilidades acrecionárias exóticas que o GRS 1915+105, um buraco negro que serviu como uma Pedra de Rosetta para decifrar o comportamento complexo dessa estrela de nêutrons. "Essas instabilidades ocorrem em luminosidades muito altas, dando origem a oscilações de grande amplitude do disco acrecionário e fortes ejeções de matéria", explica Federico Vincentelli, pesquisador do IAC e primeiro autor do artigo.

"Esse processo dramático permanece pouco compreendido e, até agora, só foi observado em detalhes em um sistema em que o objeto compacto é um buraco negro", acrescenta.

Ao comparar os dois sistemas, a equipe científica pôde verificar aspectos nunca antes observados. "Percebemos que poderíamos explicar a fenomenologia complexa de ambos os objetos com três ingredientes: um disco de acreção instável, que produz emissão de raios-X extremamente variável à medida que as partes internas do disco se esvaziam e preenchem ciclicamente; ejeções repetidas de matéria (produzidas após o esvaziamento do disco), que podem ser vistas em ondas de rádio e infravermelho; e ecos brilhantes dessas variações internas nas áreas mais externas do disco, que podem ser observadas do infravermelho ao ultravioleta", diz Vincentelli.

"Este estudo demonstra que tal "instabilidade" é um processo físico fundamental e independente da natureza do objeto compacto. Este trabalho apresenta um novo cenário que nos permite explicar o que acontece nas proximidades desses objetos exóticos (estrelas de nêutrons e buracos negros) quando eles acumulam matéria a taxas muito altas", aponta Montserrat Armas Padilla, pesquisadora do IAC e coautora do artigo.

Este resultado foi obtido graças a uma campanha de observação intensiva e simultânea em múltiplos comprimentos de onda e com cinco telescópios espaciais e terrestres. Entre isso, há também o Telescópio Liverpool no Observatório Roque de los Muchachos, em La Palma.

Com vista a futuras investigações, a recente descoberta fornece à comunidade científica novos ingredientes para compreender a origem das instabilidades acrecionárias. "Agora planejamos estender esse tipo de estudo a outros sistemas muito luminosos para lançar luz sobre buracos negros e estrelas de nêutrons quando incorporam matéria em velocidades extremas", conclui Vincentelli.

Fonte: iac.es