Os astrónomos finalmente identificaram a origem dos raios X incomuns provenientes da estrela brilhante Gamma-Cas. O culpado é uma estrela companheira invisível que extrai material de sua vizinha maior. A descoberta encerra um mistério que intriga os cientistas há mais de cinquenta anos.
Novos dados de alta resolução da Missão de Imagem e Espectroscopia de Raios-X (XRISM) mostram que os raios-X estão ligados à órbita de uma estrela anã branca próxima. Ao rastrear esse movimento, os pesquisadores conseguiram confirmar a verdadeira origem das emissões. As descobertas são descritas num estudo liderado por Yael Naj, da Universidade de Liège, na Bélgica.
“Há décadas que tem havido um esforço intenso para resolver o mistério do Gamma-Cas em muitos grupos de investigação. E agora, graças às observações de alta precisão do XRISM, somos finalmente capazes de o fazer”, disse Yael.
Uma estrela brilhante com uma longa história de comportamento delirante
A estrela gama-Cas (γ-Cas) é visível a olho nu e forma o ponto central da familiar constelação em forma de W Cassiopeia, visível em noites claras em toda a Europa. Apesar do seu brilho, levanta questões desde 1866, quando o astrónomo italiano Angelo Cecchi notou algo invulgar na sua luz.
Em vez de mostrar uma linha escura de hidrogênio como o Sol, Gamma-Cas mostra uma linha mais brilhante. Esta característica inesperada levou à criação de uma nova categoria conhecida como estrelas ‘Be’, adicionando o “e” ao “B” para estrelas quentes, azul-brancas, devido às suas distintas linhas de emissão.
Os cientistas levaram anos para descobrir que essas emissões provêm de um disco giratório de material ejetado por uma estrela em rotação rápida. Esses discos podem crescer e desaparecer com o tempo, causando mudanças no brilho que ainda hoje fascinam os astrônomos amadores.
Pistas apontam para uma companheira anã branca escondida
À medida que as observações melhoraram, os astrónomos detectaram movimentos subtis nos raios gama que indicavam a presença de uma companheira mais pequena. Embora não pudesse ser vista diretamente, os investigadores suspeitaram que poderia ser uma anã branca, o remanescente de uma estrela densa com uma massa semelhante à do Sol, mas comprimida a um tamanho comparável ao da Terra.
Um novo enigma surgiu na década de 1970, quando se descobriu que os raios gama emitiam raios X extraordinariamente fortes. Investigações adicionais mostraram que estes raios X provinham de plasma extremamente quente que atingiu temperaturas de cerca de 150 milhões de graus, muito mais quente e brilhante do que o esperado para este tipo de estrela.
Com observatórios avançados de raios X, como o XMM-Newton da ESA, o Chandra da NASA e o Erosita, liderado pela Alemanha, os astrónomos identificaram quase duas dúzias de sistemas semelhantes. Estas estrelas do tipo gama-Cas formam um subgrupo único de estrelas B devido à sua intensa emissão de raios-X.
Dados XRISM confirmam crescimento como fonte de raios X
Durante anos, os cientistas debateram duas explicações principais. Uma hipótese propôs que a interação magnética entre a estrela e o disco circundante produzia a emissão de alta energia. Outro propôs que o material do disco está caindo sobre o companheiro oculto e produzindo os raios X.
O espectrômetro altamente preciso Resolve do XRISM finalmente forneceu a resposta. As observações mostram que o plasma quente que produz os raios X se move em fase com a órbita da companheira invisível. Isto confirma que a anã branca está a extrair matéria dos raios gama e a produzir raios X à medida que o material aquece.
“Trabalhos anteriores usando XMM-Newton realmente abriram caminho para o XRISM, permitindo-nos eliminar inúmeras teorias e, em última análise, provar qual das duas teorias concorrentes estava correta”, disse Yaal. “É extremamente gratificante ter evidências diretas para resolver este mistério de longa data!”
Novos insights sobre a evolução das estrelas binárias
A identificação de sistemas gama-Cas como pares de estrelas Be e anãs brancas de acreção responde a questões de longa data sobre os seus raios-X. Ao mesmo tempo, levanta novas questões sobre como estes sistemas binários se formam e mudam ao longo do tempo.
Os cientistas já acreditaram que tais pares seriam comuns, especialmente entre estrelas de baixa massa. No entanto, descobertas recentes sugerem que são menos frequentes do que o esperado e estão frequentemente associados a estrelas B massivas.
“Pensamos que a chave é compreender exatamente como ocorre a interação entre as duas estrelas”, diz Yall. “Agora que conhecemos a verdadeira natureza dos raios gama, podemos desenvolver modelos específicos para esta classe de sistemas estelares e atualizar a nossa compreensão da evolução binária em conformidade.”
“É incrível ver como este mistério foi lentamente desvendado ao longo dos anos,” disse Ellis Borghese, investigador da ESA, especialista na área da astrofísica de altas energias. “O XMM-Newton fez muito trabalho de base para descartar várias teorias sobre gama-cas. E agora, com a próxima geração de instrumentação avançada, o XRISM nos leva à linha de chegada.”
“Este resultado surpreendente sublinha a forte colaboração entre as equipas japonesa, europeia e americana do XRISM”, acrescentou Matteo Guainazzi, cientista do projecto XRISM na ESA. “Esta equipa internacional combina o conhecimento técnico e científico necessário para resolver os maiores mistérios do Universo de raios X e abrir novos caminhos para a investigação.”
