Os astrônomos finalmente identificaram a fonte de raios X incomuns da estrela brilhante Gamma-Cas. A culpada é uma estrela companheira invisível que está absorvendo material de sua vizinha maior. Esta descoberta resolveu 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 associados à órbita de uma estrela anã branca próxima. Ao acompanhar esse movimento, os pesquisadores conseguiram identificar a verdadeira fonte das emissões. Estas descobertas são descritas num estudo liderado por Yaël Nazé, da Universidade de Liège, na Bélgica.
“Muitos grupos de investigação têm tentado resolver o mistério do γ-Cas durante décadas. Agora, com as observações de alta precisão do XRISM, finalmente conseguimos,” disse Yaël.
Uma estrela brilhante com uma longa história de comportamento intrigante
As estrelas gama-Cas (γ-Cas) a olho nu formam o ponto central da familiar constelação em forma de W Cassiopeia, visível em noites claras em toda a Europa. Apesar de seu brilho, ela é questionada desde 1866, quando o astrônomo italiano Angelo Secchi notou algo incomum em sua luz.
Em vez de mostrar linhas escuras de hidrogênio como o Sol, Gamma-Cas mostra linhas brilhantes de hidrogênio. Esta característica inesperada levou à criação de uma nova classe de estrelas chamadas estrelas “Be”, combinando o “B” para a estrela azul-branca quente com o “e” para as suas linhas de emissão únicas.
Os cientistas levaram muitos anos para compreender que estas emissões provêm de discos giratórios de material lançados por estrelas em rotação rápida. Esses discos crescem e desaparecem com o tempo, causando mudanças no brilho que ainda hoje fascinam os astrônomos amadores.
Pistas apontam para companheira anã branca escondida
À medida que as observações melhoraram, os astrónomos detectaram movimentos subtis em Gamma-Cas que sugeriam a presença de uma estrela companheira mais pequena. Embora não possa ser vista diretamente, os pesquisadores suspeitam que possa ser uma anã branca, um denso remanescente de uma estrela com massa semelhante à do Sol, mas comprimida ao tamanho da Terra.
Um novo enigma surgiu na década de 1970, quando se descobriu que o gama-Cas emite raios X invulgarmente fortes. Outros estudos mostraram que estes raios X provêm de plasma extremamente quente, com temperaturas de até cerca de 150 milhões de graus, muito mais quente e brilhante do que o esperado para este tipo de estrela.
Os astrónomos descobriram cerca de duas dúzias de sistemas semelhantes com a ajuda de observatórios avançados de raios X, como o XMM-Newton da Agência Espacial Europeia, o Chandra da NASA e o eROSITA liderado pela Alemanha. Essas estrelas do tipo γ-Cas formam um subgrupo único entre as estrelas do tipo Be devido à sua intensa emissão de raios-X.
Dados XRISM confirmam acréscimo como fonte de raios X
Durante anos, os cientistas debateram duas explicações principais. Uma ideia sugere que as interações magnéticas entre a estrela e o disco circundante geram a radiação de alta energia. Outro sugeriu que o material do disco caiu sobre o seu companheiro oculto e produziu raios-X.
O espectrômetro de alta precisão Resolve do XRISM finalmente forneceu a resposta. As observações mostram que o plasma quente que produz raios X se move em sincronia com a órbita de uma estrela companheira invisível. Isto confirma que a anã branca está absorvendo material de gama-Cas e produzindo 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 provar qual das duas últimas teorias concorrentes estava correta”, disse Yaël. “É tão gratificante finalmente ter evidências diretas para resolver este mistério!”
Novos insights sobre a evolução das estrelas binárias
A identificação do sistema gama-Cas como uma estrela Be emparelhada e uma anã branca em acreção responde a uma questão 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.
Antigamente, os cientistas pensavam que tais pares eram comuns, especialmente entre estrelas de baixa massa. No entanto, descobertas recentes sugerem que ocorrem com menos frequência do que o esperado e estão mais frequentemente associadas a estrelas Be massivas.
“Achamos que a chave é entender como realmente ocorre a interação entre duas estrelas”, disse Jarre. “Agora que conhecemos a verdadeira natureza do gama-Cas, podemos criar modelos especificamente para este tipo de sistema estelar e atualizar a nossa compreensão da evolução estelar binária em conformidade.”
“É incrível como este mistério foi lentamente desvendado ao longo dos anos”, disse Alice Borghese, investigadora da ESA especializada em astrofísica de altas energias. “O XMM-Newton fez muito trabalho de base para descartar várias teorias sobre gama-Cas. Agora, com a próxima geração de instrumentos avançados, o XRISM nos conduziu até a linha de chegada.”
“Este excelente resultado destaca a estreita colaboração entre as equipas japonesa, europeia e americana do XRISM”, acrescentou Matteo Guainazzi, cientista do programa XRISM da ESA. “Esta equipa internacional combina o conhecimento técnico e científico necessário para resolver os maiores mistérios do universo dos raios X e abre novos caminhos de investigação.”
