XMM-Newton descortina as primeiras emissões evidentes de raios-X de farol estelar massivo
Esta imagem obtida pelo observatório espacial XMM-Newton da ESA mostra uma estrela massiva de nome Rho Ophiuchi A. A estrela, visível no centro, está situada no coração da Nuvem Negra Rho Ophiuchi, uma região próxima que é conhecida por formar ativamente novas estrelas localizada a cerca de 350 anos-luz de distância.
Em 2014, uma equipa de cientistas usou o XMM-Newton da ESA para avistar raios-X emanados da estrela massiva Rho Ophiuchi A; observações posteriores e mais longas com o telescópio mostraram estes fluxos sob a forma de intensas proeminências, variando ao longo de um período de aproximadamente 1,2 dias, enquanto a estrela girava. A equipa subsequentemente usou o VLT do ESO para descobrir que a estrela possui um campo magnético forte, confirmando o seu status como um farol cósmico.
Este achado foi inesperado tendo em conta o que se conhece e tendo em conta o comportamento das estrelas massivas: estrelas como o Sol são conhecidas por produzirem fortes emissões de raios-X, mas as estrelas massivas parecem ser muito diferentes. Nas estrelas acima de oito massas solares, a emissão de raios-X está estável e nenhuma destas estrelas foi observada de forma confiável a emitir repetidamente nesta parte do espectro - até Rho Ophiuchi A.
Crédito: ESA/XMM Newton; I. Pillitteri (INAF - Observatório Astronómico de Palermo)
Em 2014, o XMM-Newton da ESA detetou raios-X que emanavam da estrela massiva Rho Ophiuchi A e, no ano passado, descobriu que estes oscilam e fluem periodicamente sob a forma de emissões intensas - ambos resultados inesperados. A equipa já usou o VLT (Very Large Telescope) do ESO para descobrir que a estrela possui um campo magnético forte, confirmando o seu status como um farol cósmico.
Estrelas como o Sol são conhecidas por produzirem fortes emissões de raios-X, mas as estrelas massivas parecem ser muito diferentes. Nas estrelas acima de oito massas solares, a emissão de raios-X está estável e nenhuma destas estrelas foi observada de forma confiável a emitir repetidamente nesta parte do espectro - até recentemente.
Em 2014, uma equipa de cientistas usou o observatório espacial XMM-Newton da ESA para observar uma estrela massiva denominada Rho Ophiuchi A. Esta estrela fica no coração da Nuvem Negra Rho Ophiuchi, uma região próxima que é conhecida por formar ativamente novas estrelas. Surpreendentemente, os dados mostraram uma abundância de raios-X a fluir da estrela, levando a equipa a observá-la mais atentamente.
"Observámos a estrela, através do XMM-Newton, durante quase 40 horas, e achámos algo ainda mais inesperado, " diz Ignazio Pillitteri, do INAF - Observatório Astronómico de Palermo, Itália, e líder da equipa de investigação.
" Ao invés de uma emissão suave e estável, os raios-X pulsaram periodicamente para fora de Rho Ophiuchi A, variando ao longo de um período de cerca de 1,2 dias à medida que a estrela rodava - como um farol de raios-X! Este é um fenómeno bastante novo em estrelas maiores do que o Sol."
Rho Ophiuchi A é muito mais quente e mais massiva do que a nossa estrela-mãe. Desconhece-se como os raios-X são gerados em tais pesos pesados estelares; uma possibilidade é um forte magnetismo intrínseco, que seria observável através de sinais de magnetismo superficial. No entanto, como tal campo magnético funcionaria - e como estaria ligado a qualquer emissão de raios-X - ainda não está claro.
"Conjeturámos que podia haver um ponto magnético gigante ativo na superfície de Rho Ophiuchi A - um pouco como uma mancha solar, apenas muito maior e mais estável, " acrescenta Pillitteri.
"À medida que a estrela gira, este ponto entraria e ficaria fora do campo de visão, causando os raios-X pulsantes observados. No entanto, essa ideia era algo improvável; as manchas nas estrelas formam-se quando um campo magnético interior aparece na superfície e nós sabemos que apenas uma em cada dez estrelas massivas possui um campo magnético mensurável."
Outra maneira de criar o "efeito de farol" pulsante é através de um companheiro em órbita de massa inferior, que adicionou os seus próprios raios-X copiosos à luz atribuída a Rho Ophiuchi A; essa emissão de raios-X variaria de força à medida que a pequena e hipotética estrela cruzava na frente e atrás de Rho Ophiuchi A, durante a sua órbita de 1,2 dias. A equipa também considerou esta possibilidade: que Rho Ophiuchi A poderia ter uma pequena, invisível, companheira, de massa baixa, numa órbita muito apertada.
"Para descobrir de uma forma ou outra, apressámo-nos para obter medições magnéticas de Rho Ophiuchi A, utilizando um dos maiores telescópios terrestres existentes: o VLT do ESO," diz Lida Oskinova, da Universidade de Potsdam, Alemanha, um membro da equipa internacional que realizou o estudo.
"De maneira emocionante, estas medições confirmaram uma das nossas previsões e mostraram que os raios-X, provavelmente, estão ligados a estruturas magnéticas na superfície da estrela."
Estas medições foram feitas no visível, utilizando uma técnica conhecida como espectro-polarimetria, que envolve o estudo de vários comprimentos de onda de luz polarizada que emanam de uma estrela. Os dados mostraram que Rho Ophiuchi A tem um campo magnético intenso, cerca de 500 vezes mais forte que o do Sol.
"Um campo tão forte é facilmente capaz de produzir o tipo de erupções que descobrimos," diz Pillitteri.
"Isto confirma que o que descobrimos, utilizando o XMM-Newton, foram de facto raios-X em Rho Ophiuchi A, que as estrelas massivas podem ser magneticamente ativas - como mostrado pelas observações óticas - e que essa atividade pode ser vista em raios-X."
Os dados combinados indicam que Rho Ophiuchi A é a única estrela do seu género a ter uma região magnética ativa confirmada, na sua superfície, que emite raios-X. Procurar um comportamento semelhante em estrelas como Rho Ophiuchi A, ajudará os cientistas a compreender o quão prevalente é esse fenómeno e a desvendar mais sobre as propriedades magnéticas dessas estrelas.
"Este estudo é importante na nossa exploração de estrelas massivas - há muitas coisas que ainda não entendemos sobre estes objetos," diz Norbert Schartel, cientista do projeto XMM-Newton da ESA.
"Em conjunto, as extraordinárias capacidades do XMM-Newton e do VLT já revelaram outro pedaço do quebra-cabeças."
"Como um bónus, ilustra ainda o processo da ciência muito bem - de encontrar algo interessante ou incomum, investigar e inventar algumas hipóteses possíveis, e acompanhar com mais observações para descobrir o que está correto. É um exemplo maravilhoso de uma colaboração internacional entre telescópios, em órbita e no chão, trabalhando juntos para explorar e explicar os fenómenos que vemos ao longo do cosmos."
A visão cintilante da estrela massiva Rho Ophiuchi A, como observado pelo XMM-Newton da ESA em 2016.
Esta e observações anteriores com o XMM-Newton mostraram que esta estrela liberta periodicamente emissões de raios-X da sua superfície enquanto gira - um comportamento pouco parecido com um farol cósmico. As observações de acompanhamento da equipa de investigação, usando o VLT do ESO, confirmaram que esta estrela possui um campo magnético forte e que as suas emissões de raios-X estão assim ligadas a uma região magnética ativa na superfície da estrela que gira para dentro e para fora do nosso campo de visão.
Esta sequência é composta por 40 imagens obtidas entre 22 e 23 de fevereiro de 2016, cada obtida com aproximadamente uma hora de intervalo. Mostra a emissão da estrela em raios-X; quanto mais claro o tom azulado, mais forte é a emissão, o branco representando a intensidade máxima. A intensidade das emissões de raios-X de Rho Ophiuchi A pode ser vista a aumentar no início e no fim da sequência; isto porque os dados cobrem mais do que um período do ciclo de emissões de raios-X da estrela, que dura cerca de 1,2 dias.