Objetos cósmicos exóticos, conhecidos como fontes ultraluminosas de raios-X, produzem cerca de 10 milhões de vezes mais energia do que o Sol. Na verdade, são tão radiantes que parecem ultrapassar um limite físico chamado limite de Eddington, que coloca uma restrição no brilho que um objeto pode ter com base na sua massa. Estas ULXs (sigla inglesa para "Ultra-luminous X-ray sources") excedem regularmente este limite em 100 a 500 vezes, deixando os cientistas perplexos.

Num estudo recente publicado na revista The Astrophysical Journal, os investigadores relatam uma primeira medição de uma ULX feita com o NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA. A descoberta confirma que estes emissores de luz são, de facto, tão brilhantes como parecem e que quebram o limite de Eddington. Uma hipótese sugere que este brilho avassalador é devido aos fortes campos magnéticos da ULX. Mas os cientistas só podem testar esta ideia através de observações: até milhares de milhões de vezes mais poderosos do que os ímanes mais fortes alguma vez construídos na Terra, os campos magnéticos das ULXs não podem ser reproduzidos num laboratório.

Quebrando o limite

As partículas de luz, chamadas fotões, exercem um pequeno empurrão sobre objetos que encontram. Se um objeto cósmico como uma ULX emitir luz suficiente por determinada área, o empurrão dos fotões pode ser superior à atração da gravidade do objeto. Quando isto acontece, um objeto atingiu o limite de Eddington e a luz do objeto, teoricamente, empurrará para longe qualquer gás ou outro material que caia na sua direção.

Essa mudança - quando a luz derrota a gravidade - é importante, porque o material que cai sobre uma ULX é a fonte do seu brilho. Isto é algo que os cientistas observam frequentemente em buracos negros: quando a sua forte gravidade atrai gás e poeira, esses materiais podem aquecer e irradiar luz. Os cientistas costumavam pensar que as ULX deviam ser buracos negros rodeados por grandes quantidades de gás brilhante. Mas, em 2014, os dados do NuSTAR revelaram que uma ULX com o nome de M82 X-2 é, na realidade, um objeto menos massivo chamado de estrela de neutrões. Tal como os buracos negros, as estrelas de neutrões formam-se quando uma estrela morre e colapsa, "embalando" mais do que a massa do nosso Sol numa área não muito maior do que uma cidade média.

Esta densidade incrível também cria uma atração gravitacional, à superfície da estrela de neutrões, cerca de 100 biliões de vezes mais forte do que a atração gravitacional à superfície da Terra. O gás e outros materiais atraídos por essa gravidade são acelerados até milhões de quilómetros por hora, libertando tremendas quantidades de energia quando atingem a superfície da estrela de neutrões (um marshmallow deixado cair sobre a superfície de uma estrela de neutrões atingi-la-ia com a energia de cem mil bombas de hidrogénio). Isto produz os raios-X altamente energéticos que o NuSTAR deteta.

O estudo recente visou a mesma ULX no coração da descoberta de 2014 e descobriu que, tal como um parasita cósmico, M82 X-2 está a roubar cerca de 9x10^21 de toneladas de material, por ano, a uma estrela vizinha, o equivalente a 1,5 vezes a massa da Terra. Sabendo a quantidade de material que atinge a superfície da estrela de neutrões, os cientistas podem estimar quão brilhante deve ser a ULX e os seus cálculos coincidem com medições independentes da sua luminosidade. O trabalho confirmou que M82 X-2 excede o limite de Eddington.

Sem ilusões

Se os cientistas conseguirem confirmar o brilho de mais ULXs, podem colocar de lado uma hipótese persistente que explicaria o brilho aparente destes objetos sem que as ULXs tivessem de exceder o limite de Eddington. Essa hipótese, com base em observações de outros objetos cósmicos, postula que ventos fortes formam um cone oco em torno da fonte de luz, concentrando a maior parte da emissão num só sentido. Se apontado diretamente para a Terra, o cone poderia criar uma espécie de ilusão ótica, fazendo-o aparecer [falsamente] como se a ULX estivesse a exceder o limite de luminosidade.

Mesmo que esse seja o caso para algumas ULXs, uma hipótese alternativa apoiada pelo novo estudo sugere que fortes campos magnéticos distorcem os átomos aproximadamente esféricos em formas alongadas. Isto reduziria a capacidade dos fotões em afastar átomos, acabando por aumentar o brilho máximo possível de um objeto.

"Estas observações permitem-nos ver os efeitos destes campos magnéticos incrivelmente fortes que nunca poderíamos reproduzir na Terra com a tecnologia atual", disse Matteo Bachetti, astrofísico do Observatório de Cagliari, Itália, autor principal do estudo recente. "Esta é a beleza da astronomia. Observando o céu, expandimos a nossa capacidade de investigar como o Universo funciona. Por outro lado, não podemos realmente fazer experiências para obter respostas rápidas; temos de esperar que o Universo nos mostre os seus segredos".

// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
10/10/2014 - NuSTAR descobre estrela morta excepcionalmente brilhante

M82 X-2:
Wikipedia

Fontes ultraluminosas de raios-X (ULX, "ultraluminous X-ray sources"):
Wikipedia

Estrelas de neutrões:
Wikipedia
Universidade de Maryland

Limite de Eddington:
Wikipedia

NuSTAR:
NASA
Caltech
Wikipedia