Os astrônomos finalmente identificaram a fonte da emissão incomum de raios X proveniente da brilhante estrela gama-Cas. A culpada é uma estrela companheira invisível que está retirando material de sua vizinha maior. Esta descoberta pôs fim a um mistério que intrigava os cientistas há mais de cinquenta anos.
Novos dados de alta resolução da Missão de Imagem e Espectroscopia de Raios-X (XRISM) revelaram que os raios-X estão ligados à órbita de uma estrela anã branca próxima. Ao acompanhar esse movimento, os pesquisadores conseguiram confirmar a verdadeira origem das emissões. As descobertas são descritas num estudo liderado por Yaël Nazé, da Universidade de Liège, na Bélgica.
“Muitos grupos de investigação passaram décadas a trabalhar arduamente para desvendar o mistério do gama-Cas. E agora, graças às observações de alta precisão do XRISM, finalmente conseguimos”, diz Yael.
Uma estrela brilhante com uma longa história de comportamento incompreensível
Visível a olho nu, a estrela gama-Cas (γ-Cas) 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 Secchi notou algo invulgar na sua luz.
Em vez de mostrar uma linha escura de hidrogênio como o Sol, o gama-Cas mostrou uma linha brilhante. Esta característica inesperada levou à criação de uma nova categoria conhecida como estrelas “Be”, combinando “B” para estrelas quentes, branco-azuladas e “e” para as suas linhas de emissão características.
Os cientistas levaram muitos anos para perceber que essas emissões provêm de um disco giratório de material ejetado por uma estrela em rotação rápida. Esses discos podem aumentar e diminuir com o tempo, causando mudanças no brilho que continuam a fascinar os astrônomos amadores de hoje.
Pistas apontam para uma companheira anã branca escondida
À medida que as observações melhoraram, os astrónomos descobriram movimentos subtis no gama-Cas que sugeriam a presença de um satélite mais pequeno. Embora não possa ser vista diretamente, os investigadores suspeitam que possa ser uma anã branca, um denso remanescente estelar com uma massa semelhante à do Sol, mas comprimida a um tamanho comparável ao da Terra.
Um novo mistério surgiu na década de 1970, quando o gama-Cas emitiu raios X invulgarmente fortes. Uma investigação mais aprofundada revelou que estes raios X provinham de um plasma extremamente quente, com uma temperatura de cerca de 150 milhões de graus, muito mais quente e brilhante do que o esperado para tal estrela.
Com a ajuda de observatórios modernos de raios X, como o XMM-Newton da ESA, o Chandra da NASA e o eROSITA liderado pela Alemanha, os astrónomos identificaram cerca de duas dúzias de sistemas semelhantes. Estas estrelas de raios gama do tipo Cas formam um subgrupo único entre as estrelas Be devido à sua intensa emissão de raios X.
Os dados XRISM suportam o acréscimo como fonte de emissão de raios X
Durante anos, os cientistas debateram duas explicações principais. Uma ideia sugere que a interação magnética entre a estrela e o disco circundante cria emissões de alta energia. Outro sugeriu que o material do disco está caindo no satélite oculto e criando os raios X.
O espectrômetro Resolve de alta precisão do XRISM finalmente forneceu a resposta. As observações mostraram que o plasma quente que cria os raios X se move em sintonia com a órbita do satélite invisível. Isto confirma que a anã branca extrai o material do gama-Cas e produz raios X quando o material é aquecido.
“Trabalhos anteriores usando XMM-Newton realmente abriram caminho para o XRISM, permitindo-nos eliminar muitas teorias e provar qual das duas últimas teorias concorrentes estava correta”, diz Yael. “É ótimo ter evidências diretas para finalmente resolver este mistério!”
Novos insights sobre a evolução de estrelas binárias
A identificação de sistemas gama-Cas como um par de estrelas Be e anãs brancas em acreção fornece uma resposta a uma questão de longa data sobre a sua emissão de raios-X. Ao mesmo tempo, levanta novas questões sobre como estes binários se formam e mudam ao longo do tempo.
Anteriormente, os cientistas acreditavam que tais pares seriam comuns, especialmente entre estrelas de menor massa. No entanto, descobertas recentes mostram que são mais raras do que o esperado e têm maior probabilidade de estarem associadas a estrelas Be massivas.
“Acreditamos que a chave para a compreensão é exatamente como ocorre a interação entre as duas estrelas”, diz Yael. “Agora que conhecemos a verdadeira natureza do gama-Cas, podemos construir modelos especificamente para esta classe de sistemas estelares e atualizar a nossa compreensão da evolução binária em conformidade.”
“É incrível ver como este mistério foi lentamente revelado ao longo dos anos”, diz Alice Borghese, cientista da ESA especializada em astrofísica de altas energias. “O XMM-Newton fez muito trabalho preparatório para descartar várias teorias sobre gama-Cas. E agora, com a próxima geração de instrumentação avançada, o XRISM nos levou à linha de chegada.”
“Este excelente resultado destaca a estreita colaboração entre as equipas XRISM japonesas, europeias e americanas”, acrescenta Matteo Guainazzi, Cientista do Projecto XRISM da ESA. “Esta equipa internacional reúne o conhecimento técnico e científico necessário para resolver os maiores mistérios do Universo de raios X e abrir novos caminhos para a investigação.”
