Uma estrela companheira invisível, que consome material da estrela visível a olho nu gama-Cas, foi revelada como a responsável pelos curiosos raios-X provenientes do sistema estelar. Isto encerra um mistério que intrigou os astrónomos durante mais de cinquenta anos.
Observações únicas de alta resolução feitas pela Missão de Imagem e Espectroscopia de Raios X (XRISM) revelaram que os raios-X estão ligados ao movimento orbital de uma estrela anã branca companheira, permitindo aos astrónomos finalmente desvendar o mistério. As observações são detalhadas num novo artigo liderado por Yaël Nazé, da Universidade de Liège, Bélgica.
“Houve um intenso esforço para desvendar o mistério de γ-Cas por muitos grupos de investigação durante décadas. E agora, graças às observações de alta precisão da XRISM, finalmente conseguimos”, afirma Yaël.
Um mistério mergulhado na história
A estrela gama-Cas (γ-Cas) é visível para os europeus em todas as noites sem nuvens. Forma a ponta central da constelação de Cassiopeia, com o seu característico formato em “W”.
Apesar da sua proeminência no céu noturno, permanece envolta em mistério desde 1866, quando o astrónomo italiano Angelo Secchi reparou em algo estranho na sua assinatura luminosa. A sua “impressão digital” de hidrogénio era brilhante, enquanto que em estrelas como o nosso Sol esta aparece normalmente como uma linha escura.
Esta particularidade inaugurou uma nova classe de estrelas, denominadas estrelas ‘Be’, combinando o ‘B’ associado às estrelas massivas, quentes e branco-azuladas com o ‘e’ da emissão peculiar de hidrogénio.
Foram precisas várias décadas para que os astrónomos compreendessem que estas emissões provinham de um disco de matéria em rotação, ejectado pela estrela de rotação rápida. Tais discos podem formar-se e dispersar-se ao longo do tempo, resultando em variações no brilho da estrela. Isto torna-a um alvo popular para astrónomos amadores até hoje.
À medida que as observações com telescópios se tornaram mais precisas, a monitorização do movimento da γ-Cas tornou-se possível, revelando que esta deve ter uma estrela companheira de baixa massa. Como a companheira permanece invisível para ser observada diretamente com telescópios, os astrónomos acreditam que possa ser uma anã branca – um objeto compacto com a massa do Sol, mas do tamanho da Terra.
Depois, em meados da década de 1970, surgiu um novo mistério: descobriu-se que a estrela gama Cas emitia raios-X de alta energia, uma característica invulgar. Estudos posteriores revelaram que a origem deste brilho de raios-X provinha principalmente de um plasma extremamente quente, a 150 milhões de graus, com uma intensidade cerca de 40 vezes superior à esperada para estrelas tão massivas.
Com o advento dos telescópios espaciais de raios X, incluindo o XMM-Newton da ESA, o Chandra da NASA e o eROSITA, liderado pela Alemanha, os astrónomos descobriram cerca de duas dezenas de estrelas do tipo gama Cas com emissão de raios-X semelhante e invulgar, o que as torna um grupo especial entre as estrelas Be em geral.
As duas teorias finais
Ao longo dos anos, a explicação para os raios-X de alta energia resumiu-se a duas teorias concorrentes. Estariam os campos magnéticos locais da estrela a interagir com o do disco envolvente, produzindo o material quente? Ou seriam os raios-X gerados pelo material do disco da estrela Be a cair sobre a anã branca companheira?
Finalmente, existe um instrumento com precisão suficiente para desvendar o mistério: o espectrómetro de alta resolução Resolve, do XRISM. Numa campanha de observação dedicada, o XRISM revelou que as assinaturas do plasma quente acompanham o movimento orbital da estrela companheira, que de outra forma seria invisível. Por outras palavras, a anã branca companheira consome material de γ-Cas, emitindo raios X durante este processo.
“O trabalho anterior com o XMM-Newton abriu realmente caminho para o XRISM, permitindo-nos eliminar inúmeras teorias e provar qual das duas últimas teorias concorrentes estava correta”, afirma Yaël. “É extremamente gratificante ter provas diretas para finalmente resolver este mistério!”
Compreender que os objetos gama-Cas são estrelas do tipo Be emparelhadas com uma anã branca que está a acumular material resolve o mistério dos raios-X. Mas também abre outra curiosidade em termos de como a população mais ampla deste tipo de sistema binário se forma e evolui.
Durante muito tempo, acreditou-se que estes pares eram comuns, principalmente entre estrelas de baixa massa. No entanto, novas pesquisas mostram que são mais raros do que o previsto e, em vez disso, tendem a ocorrer em estrelas Be de alta massa.
“Acreditamos que a chave está em compreender exatamente como ocorrem as interações entre as duas estrelas”, diz Yaël. “Agora que conhecemos a verdadeira natureza dos gama-Cas, podemos criar modelos específicos para esta classe de sistemas estelares e atualizar a nossa compreensão da evolução binária em conformidade.”
“É incrível ver como este mistério se desvencilhou lentamente ao longo dos anos”, diz Alice Borghese, investigadora da ESA especializada em astrofísica de altas energias. “O XMM-Newton realizou grande parte do trabalho de base para descartar várias teorias sobre o CaS gama. E agora, com a próxima geração de instrumentação avançada, o XRISM levou-nos à linha de chegada.”
“Este resultado maravilhoso sublinha a forte colaboração entre as equipas japonesa, europeia e americana do XRISM”, acrescenta Matteo Guainazzi, Cientista do Projeto XRISM da ESA. “Esta equipa internacional combina a experiência técnica e científica necessária para desvendar os maiores mistérios do Universo de raios-X e abrir novos caminhos para a investigação.”
Texto original: XRISM solves famous star’s 50-year mystery
Texto e imagens: ESA
Tradução automática via Google
Edição: Rui Barbosa