Utilizando dados do Telescópio Espacial Fermi da NASA, os cientistas descobriram os primeiros eclipses de raios-gama de um tipo especial de sistema estelar binário. Estes chamados sistemas de aranha contêm cada um deles um pulsar - os remanescentes superdensos e de rotação rápida de uma estrela que explodiu como supernova - que lentamente corrói a sua companheira.

Uma equipa internacional de cientistas examinou mais de uma década de observações do Fermi para encontrar sete aranhas que sofrem estes eclipses, que ocorrem quando a estrela companheira de baixa massa passa em frente do pulsar a partir do nosso ponto de vista. Os dados permitiram-lhes calcular como os sistemas estão inclinados em relação à nossa linha de visão e outras informações.

"Um dos objetivos mais importantes do estudo destes sistemas de aranha é tentar medir as massas dos pulsares", disse Colin Clark, astrofísico do Instituto Max Planck para Física Gravitacional em Hannover, Alemanha, que liderou o trabalho. "Os pulsares são basicamente bolas da matéria mais densa que podemos medir. A massa máxima que podem atingir limita a física dentro destes ambientes extremos, que não podem replicados na Terra".

O artigo científico sobre o estudo foi publicado na edição de 26 de janeiro da revista Nature Astronomy.

Os sistemas de aranha desenvolvem-se porque uma estrela num binário evolui mais rapidamente do que a sua parceira. Quando a estrela massiva se transforma em supernova, deixa para trás um pulsar. Este remanescente estelar emite feixes em vários comprimentos de onda, incluindo raios-gama, que entram e saem do nosso ponto de vista, criando pulsos tão regulares que rivalizam a precisão dos relógios atómicos.

Desde cedo que um pulsar aranha "alimenta-se" da sua companheira, desviando um fluxo de gás. À medida que o sistema evolui, a alimentação pára quando o pulsar começa a girar mais rapidamente, gerando fluxos de partículas e radiação que sobreeaquecem o lado virado para a companheira e a corroem.

Os cientistas dividem os sistemas de aranha em dois tipos com o nome de espécies de aranhas cujas fêmeas por vezes comem os seus companheiros mais pequenos. As viúvas negras contêm companheiras com menos de 5% da massa do Sol. Os sistemas correspondentes às aranhas de "lista vermelha" (o equivalente australiano da viúva negra, as chamadas "redbacks") albergam companheiras maiores, tanto em tamanho como em massa, tendo entre 10% e 50% da massa do Sol.

"Antes do Fermi, só conhecíamos um punhado de pulsares que emitiam raios-gama", disse Elizabeth Hays, cientista do projeto Fermi no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland. "Após mais de uma década de observações, a missão identificou mais de 300 e recolheu um longo e quase ininterrupto conjunto de dados que permite à comunidade fazer ciência pioneira".

Os investigadores podem calcular as massas dos sistemas de aranha medindo os seus movimentos orbitais. As observações, no visível, podem medir a rapidez com que a companheira está a viajar, enquanto as medições no rádio revelam a velocidade do pulsar. No entanto, estas dependem do movimento para e longe de nós. Para um sistema visto quase de face, tais alterações são ligeiras e potencialmente confusas. Os mesmos sinais também podem ser produzidos por um sistema mais pequeno, mais lento, que é visto de lado. Para medir as massas, é vital conhecer a inclinação do sistema em relação à nossa linha de visão.

O ângulo de inclinação é normalmente medido utilizando luz visível, mas estas medições vêm com algumas potenciais complicações. À medida que a companheira orbita o pulsar, o seu lado superaquecido entra e sai de vista, criando uma flutuação no visível que depende da inclinação. No entanto, os astrónomos ainda estão a aprender mais sobre o processo de superaquecimento e modelos com padrões diferentes de aquecimento preveem por vezes massas diferentes para os pulsares.

Os raios-gama, porém, são apenas gerados pelo pulsar e têm tanta energia que viajam em linha reta, sem serem afetados pelos detritos, a menos que sejam bloqueados pela companheira. Caso os raios-gama desapareçam do conjunto de dados de um sistema aranha, os cientistas podem inferir que a companheira eclipsou o pulsar. A partir daí, podem calcular a inclinação do sistema em relação ao nosso ponto de vista, as velocidades das estrelas e a massa do pulsar.

PSR B1957+20, ou B1957 para abreviar, foi a primeira viúva negra conhecida, descoberta em 1988. Modelos anteriores para este sistema, construídos a partir de observações óticas, determinaram que a sua inclinação em relação ao nosso ponto de vista era de cerca de 65 graus e a massa do pulsar era 2,4 vezes superior à do Sol. Isto tornaria B1957 o pulsar mais massivo conhecido, encontrando-se no limite teórico de massa entre os pulsares e os buracos negros.

Ao olhar para os dados do Fermi, Clark e a sua equipa encontraram 15 fotões de raios-gama em falta. O "timing" dos pulsos de raios-gama destes objetos é tão fiável que 15 fotões em falta, ao longo de uma década, são suficientemente significativos para que a equipa possa determinar que o sistema está a ser eclipsado. Calcularam então que o binário está inclinado 84 graus e que o pulsar tem apenas 1,8 vezes a massa do Sol.

"Estamos à procura de pulsares massivos e pensa-se que estes sistemas aranha são uma das melhores formas de os encontrar", disse Matthew Kerr, coautor do novo artigo científico e físico no Laboratório de Investigação Naval dos EUA em Washington. "Eles sofreram um processo muito extremo de transferência de massa da estrela companheira para o pulsar. Assim que estes modelos fiquem realmente aperfeiçoados, saberemos com certeza se estes sistemas de aranha são mais massivos do que o resto da população de pulsares".

// NASA (comunicado de imprensa)
// Instituto Max Planck para Física Gravitacional (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)
// Artigo científico (arXiv.org)

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