Uma equipa internacional liderada pelo IAC (Instituto de Astrofísica das Canárias) encontrou uma estrela de neutrões que captura matéria de uma estrela companheira através de um processo violento e instável. Este mecanismo, anteriormente observado apenas em buracos negros muito brilhantes, mostra que a chamada "instabilidade de acreção" é na realidade 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.

Os binários de raios-X são sistemas formados por um objeto compacto, uma estrela de neutrões 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, ocorre normalmente em erupções violentas durante as quais o sistema se torna até mil vezes mais brilhante. Além disso, parte do material removido que espirala em direção ao objeto compacto no disco é ejetado de volta para o espaço através de ventos ou sob a forma de jatos de matéria.

O binário de raios-X conhecido como Swift J1858.6-0814 foi descoberto em 2018 durante um destes espetaculares episódios eruptivos, intrigando a comunidade astronómica desde as primeiras observações. O sistema mostrou surtos incríveis durante um ano, emitindo em todos os comprimentos de onda desde o rádio até aos raios-X. A origem destes "fogos-de-artifício cósmicos" permanecia desconhecida, mas eram tão brilhantes que a comunidade científica pensava que o objeto compacto devia 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 Swift J1858.6-0814 contém uma estrela de neutrões.

Graças a uma campanha internacional de vários telescópios liderada pelo IAC, a equipa descobriu que Swift J1858 exibe as mesmas instabilidades exóticas e acrecionárias que GRS 1915+105, um buraco negro que serviu de pedra de Roseta para decifrar o complexo comportamento desta estrela de neutrões. "Estas instabilidades ocorrem a luminosidades muito altas, dando origem a oscilações de grande amplitude do disco de acreção e a fortes ejeções de matéria", explica Federico Vincentelli, investigador do IAC e primeiro autor do artigo. "Este processo dramático permanece mal compreendido e, até agora, só foi observado em pormenor num sistema em que o objeto compacto é um buraco negro", acrescenta.

Ao comparar os dois sistemas, a equipa científica pôde verificar aspetos nunca antes observados. "Percebemos que podíamos explicar a complexa fenomenologia de ambos os objetos com três ingredientes: um disco de acreção instável, que produz emissões de raios-X extremamente variáveis à medida que as partes internas do disco esvaziam-se e enchem-se ciclicamente; ejeções repetidas de matéria (produzidas após o esvaziamento do disco), que podem ser vistas no rádio e no infravermelho; e ecos brilhantes destas variações internas nas áreas mais exteriores do disco, que podem observados desde o infravermelho até 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 na proximidade destes objetos exóticos (estrelas de neutrões e buracos negros) quando acretam matéria a taxas muito elevadas", realça Montserrat Armas Padilla, investigadora do IAC e coautora do artigo científico.

Este resultado foi obtido graças a uma intensa e simultânea campanha de observação em vários comprimentos de onda e com cinco telescópios espaciais e terrestres. Entre estes, encontra-se também o Telescópio Liverpool no Observatório Roque de los Muchachos, em La Palma.

Com vista à investigação futura, a recente descoberta fornece à comunidade científica novos ingredientes para compreender a origem das instabilidades acrecionárias. "Tencionamos agora alargar este tipo de estudo a outros sistemas muito luminosos para perceber mais sobre buracos negros e estrelas de neutrões quando incorporam matéria a velocidades extremas", conclui Vincentelli.

// IAC (comunicado de imprensa)
// Universidade de Oxford (comunicado de imprensa)
// Universidade de Tecnologia do Texas (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

Binário de raios-X:
Wikipedia

Estrelas de neutrões:
Wikipedia
Universidade de Maryland

Observatório Roque de los Muchachos:
Página oficial
Wikipedia