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Uma estrela anã branca mais pequena (à esquerda) puxa material de uma estrela maior para um rodopiante disco de acreção. O par é denominado um "polar intermédio", e astrónomos do MIT usaram potentes telescópios para medir, pela primeira vez, a polarização de raios X do sistema, revelando características chave no centro das suas regiões mais quentes e extremas.
Crédito: Jose-Luis Olivares, MIT |
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A cerca de 200 anos-luz da Terra, o núcleo de uma estrela morta está, como que numa dança cósmica macabra, a girar à volta de uma estrela maior. A estrela morta é um tipo de anã branca que exerce um poderoso campo magnético à medida que puxa o material da estrela maior para um rodopiante disco de acreção. O par em espiral é o que se chama um "polar intermédio" - um tipo de sistema estelar que emite um padrão complexo de radiação intensa, incluindo raios X, à medida que o gás da estrela maior cai sobre a outra.
Agora, astrónomos do MIT (Massachusetts Institute of Technology) utilizaram um telescópio de raios X no espaço para identificar as principais características da região mais interior do sistema - um ambiente extremamente energético que tem, até agora, permanecido inacessível à maioria dos telescópios. Num estudo publicado na revista The Astrophysical Journal, a equipa relata a utilização do IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) da NASA para observar o sistema polar intermédio conhecido como EX Hydrae.
A equipa encontrou um grau surpreendentemente elevado de polarização de raios X, que descreve a direção do campo elétrico de uma onda de raios X, bem como uma inesperada direção de polarização nos raios X provenientes de EX Hydrae. A partir destas medições, os investigadores seguiram os raios X até à sua fonte na região mais interior do sistema, perto da superfície da anã branca.
Além disso, determinaram que os raios X do sistema eram emitidos por uma coluna de material branco e quente que a anã branca estava a atrair da sua estrela companheira. Estimam que esta coluna tem mais de 3200 quilómetros de altura - cerca de metade do raio da própria anã branca e muito mais alta do que os físicos tinham previsto para um sistema deste género. Determinaram também que os raios X são refletidos da superfície da anã branca antes de se dispersarem no espaço - um efeito que os físicos suspeitavam, mas que não tinham confirmado até agora.
Os resultados da equipa demonstram que a polarimetria de raios X pode ser uma forma eficaz de estudar ambientes estelares extremos, como as regiões mais energéticas de uma anã branca em acreção.
"Mostrámos que a polarimetria de raios X pode ser usada para fazer medições detalhadas da geometria de acreção da anã branca", diz Sean Gunderson, pós-doutorado no Instituto Kavli para Astrofísica e Investigação Espacial do MIT, que é o autor principal do estudo. "Abre a janela para a possibilidade de fazer medições semelhantes noutros tipos de anãs brancas em acreção que também nunca tiveram sinais de polarização de raios X previstos".
Os coautores de Gunderson no Kavli do MIT incluem a estudante Swati Ravi e os investigadores Herman Marshall e David Huenemoerder, juntamente com Dustin Swarm da Universidade do Iowa, Richard Ignace da ETSU (East Tennessee State University), Yael Nazé da Universidade de Liège e Pragati Pradhan da ERAU (Embry Riddle Aeronautical University).
Uma fonte de alta energia
Todas as formas de luz, incluindo os raios X, são influenciadas por campos elétricos e magnéticos. A luz viaja em ondas que se agitam, ou oscilam, em ângulos retos em relação à direção em que a luz viaja. Os campos elétricos e magnéticos externos podem puxar estas oscilações em direções aleatórias. Mas quando a luz interage e faz ricochete numa superfície, pode tornar-se polarizada, o que significa que as suas vibrações se concentram numa direção. A luz polarizada pode, portanto, ser uma forma de os cientistas localizarem a fonte da luz e discernirem alguns pormenores sobre a geometria da fonte.
O observatório espacial IXPE é a primeira missão da NASA concebida para estudar os raios X polarizados que são emitidos por objetos astrofísicos extremos. A nave espacial, que foi lançada em 2021, orbita a Terra e regista estes raios X polarizados. Desde o lançamento, tem-se concentrado principalmente em supernovas, buracos negros e estrelas de neutrões.
O novo estudo do MIT é o primeiro a utilizar o IXPE para medir os raios X polarizados de um polar intermédio - um sistema mais pequeno em comparação com os buracos negros e as supernovas, que, no entanto, é conhecido por ser um forte emissor de raios X.
"Começámos a falar sobre a quantidade de polarização que seria útil para ter uma ideia do que está a acontecer neste tipo de sistemas, que a maioria dos telescópios vê apenas como um ponto no seu campo de visão", diz Marshall.
Um sistema polar intermédio recebe o seu nome da força do campo magnético da anã branca central. Quando este campo é forte, o material da estrela companheira é diretamente puxado para os polos magnéticos da anã branca. Quando o campo é muito fraco, o material estelar gira em torno da anã num disco de acreção que eventualmente deposita matéria diretamente na superfície da anã.
No caso de um polar intermédio, os físicos preveem que o material caia numa espécie de complexo padrão intermédio, formando um disco de acreção que também é puxado para os polos da anã branca. O campo magnético deve levantar o disco de material vindouro para cima, como uma fonte altamente energética, antes de os detritos estelares caírem em direção aos polos magnéticos da anã branca a velocidades de milhões de quilómetros por hora, naquilo a que os astrónomos chamam uma "cortina de acreção". Os físicos suspeitam que este material em queda deve chocar com material previamente levantado que ainda está a cair em direção aos polos, criando uma espécie de engarrafamento de gás. Este amontoado de matéria forma uma coluna de gás em colisão com uma temperatura de milhões de graus Celsius e deverá emitir raios X altamente energéticos.
Uma imagem mais profunda
Ao medir os raios X polarizados emitidos por EX Hydrae, a equipa pretendia testar a imagem dos polares intermédios que os físicos tinham colocado como hipótese. Em janeiro de 2025, o IXPE obteve um total de cerca de 600.000 segundos, ou cerca de sete dias, de medições de raios X do sistema.
"A cada raio X que chega da fonte, é possível medir a direção da polarização", explica Marshall. "Recolhemos uma grande quantidade destes raios e todos eles estão em ângulos e direções diferentes, e podemos calcular uma média para obter um grau e uma direção preferidos da polarização".
As suas medições revelaram um grau de polarização de 8%, muito superior ao que os cientistas tinham previsto de acordo com alguns modelos teóricos. A partir daí, os investigadores puderam confirmar que os raios X estavam de facto a vir da coluna do sistema, e que esta coluna tem cerca de 3200 quilómetros de altura.
"Se nos aproximássemos um pouco do polo da anã branca, veríamos uma coluna de gás que se estende por 3200 quilómetros para o céu e depois se espalha para fora", diz Gunderson.
A equipa também mediu a direção da polarização dos raios X de EX Hydrae, que determinaram ser perpendicular à coluna de gás vindouro da anã branca. Isto foi um sinal de que os raios X emitidos pela coluna estavam a fazer ricochete na superfície da anã branca antes de viajarem para o espaço e, eventualmente, para os telescópios do IXPE.
"O que é útil na polarização dos raios X é que nos dá uma imagem da porção mais interior e mais energética de todo este sistema", diz Ravi. "Quando olhamos através de outros telescópios, não vemos nenhum destes pormenores".
A equipa planeia aplicar a polarização de raios X no estudo de outros sistemas de anãs brancas em acreção, o que poderá ajudar os cientistas a compreender fenómenos cósmicos muito mais vastos.
"Chega-se a um ponto em que há tanto material a cair sobre a anã branca, vindo de uma estrela companheira, que a anã branca não consegue aguentar mais, o objeto colapsa e produz um tipo de supernova que é observável em todo o Universo, que pode ser usada para descobrir o tamanho do Universo", diz Marshall. "Por isso, compreender estes sistemas de anãs brancas ajuda os cientistas a compreender as fontes dessas supernovas e dá-nos informações sobre a ecologia da Galáxia".
// MIT (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
Quer saber mais?
Intermédio polar:
Wikipedia
EX Hydrae:
Wikipedia
Anã branca:
NASA
Wikipedia
IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer):
NASA
Wikipedia |
