NuSTAR da NASA faz descobertas graças a radiação “incómoda”

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta ilustração mostra o telescópio de raios-X NuSTAR da NASA no espaço. Dois componentes volumosos são separados por uma estrutura de 10 metros chamada mastro destacável, ou “boom”. A luz é recolhida numa extremidade do mastro e é focada ao longo do seu comprimento antes de atingir os detectores na outra extremidade.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Durante quase 10 anos, o observatório espacial de raios-X NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA tem vindo a estudar alguns dos objectos mais energéticos do Universo, tais como estrelas mortas que colidem e enormes buracos negros que se banqueteiam de gás quente. Durante esse tempo, os cientistas tiveram de lidar com a fuga de radiação através dos lados do observatório, o que pode interferir com as observações, tal como o ruído externo pode afogar uma chamada telefónica.

Mas agora os membros da equipa descobriram como utilizar esses raios-X para aprenderem mais sobre objectos na visão periférica do NuSTAR, ao mesmo tempo que realizam observações orientadas normais. Este desenvolvimento tem o potencial de multiplicar os conhecimentos que o NuSTAR proporciona. um novo artigo científico na revista The Astrophysical Journal descreve a primeira utilização das observações dessa radiação periférica para aprender mais sobre um objecto cósmico – neste caso, uma estrela de neutrões.

“Pepitas” de material deixado para trás após o colapso de uma estrela, as estrelas de neutrões são alguns dos objectos mais densos do Universo, atrás apenas dos buracos negros. Os seus poderosos campos magnéticos prendem partículas de gás e afunilam-nas em direcção à superfície da estrela de neutrões. À medida que as partículas são aceleradas e energizadas, libertam raios-X altamente energéticos que o NuSTAR consegue detectar.

O novo estudo descreve um sistema chamado SMC X-1, que consiste numa estrela de neutrões em órbita de uma estrela “viva” numa de duas pequenas galáxias que orbitam a Via Láctea. O brilho de SMC X-1 em raios-X parece variar muito quando visto por telescópios, mas décadas de observações diretas pelo NuSTAR e por outros telescópios revelaram um padrão nas flutuações.

Os cientistas identificaram várias razões pelas quais a luminosidade de SMC X-1 muda quando estudada por telescópios de raios-X. Por exemplo, a luminosidade dos raios-X diminui à medida que a estrela de neutrões mergulha por trás da estrela “viva” a cada órbita. Segundo o artigo científico, os dados dos raios-X periféricos recolhidos pelo observatório são suficientemente sensíveis para captar algumas das alterações bem documentadas.

“Penso que este artigo mostra que a abordagem a esta radiação é fiável, porque observámos flutuações de brilho na estrela de neutrões em SMC X-1 que já confirmámos através de observações directas,” disse McKinley Brumback, astrofísica do Caltech em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia, autora principal do novo estudo. “Seguindo em frente, seria óptimo se pudéssemos usar os dados da radiação dispersa para observar objectos quando ainda não sabemos se estão a mudar regularmente de brilho e potencialmente usar esta abordagem para detectar alterações.”

Forma e função

A nova abordagem é possível devido à forma do NuSTAR, que é semelhante a um osso de cão ou a um haltere: tem dois componentes volumosos em ambas as extremidades de uma estrutura estreita com 10 metros de comprimento chamada mastro destacável, ou “boom”. Tipicamente, os investigadores apontam uma das extremidades – que contém a óptica, ou o hardware que recolhe os raios-X – para o objecto que querem estudar. A luz viaja ao longo do mastro até aos detectores, localizados na outra extremidade da nave espacial. A distância entre as duas é necessária para focar a radiação.

Mas a radiação dispersa também chegar aos detectores, entrando pelos lados do mastro, contornando a óptica. Aparece no campo de visão do NuSTAR juntamente com a radiação de qualquer objecto que o telescópio observe directamente, e é muitas vezes bastante fácil de identificar a olho: forma um círculo ténue que emerge dos lados da imagem (sem surpresa, a radiação periférica é um problema para muitos outros telescópios espaciais e terrestres).

Um grupo de membros da equipa NuSTAR tem passado os últimos anos a separar a radiação dispersa de várias observações. Depois de identificarem fontes de raios-X brilhantes e conhecidas na periferia de cada observação, utilizaram modelos de computador para prever a quantidade de radiação lateral que deveria aparecer com base em que objecto brilhante estava próximo. Também observaram quase todas as observações NuSTAR para confirmar o sinal revelador dessa radiação. A equipa criou um catálogo com cerca de 80 objectos para os quais o NuSTAR tinha recolhido observações de radiação periférica, dando o nome “StrayCats” à colecção.

“Imagine sentar-se em silêncio num cinema, a ver um drama, e ouvir as explosões do filme de acção da sala ao lado,” disse Brian Grefenstette, cientista de investigação sénior do Caltech e membro da equipa NuSTAR a liderar o trabalho StrayCats. “No passado, a radiação dispersa era assim – uma distracção em relação àquilo que estávamos a tentar estudar. Agora temos as ferramentas para transformar esse ruído extra em dados úteis, abrindo uma nova forma de utilizar o NuSTAR para estudar o Universo.”

Claro, os dados desta radiação secundária não podem substituir as observações directas do NuSTAR. Para além de estarem desfocados, muitos objectos que o NuSTAR observa directamente são demasiado fracos para aparecerem no catálogo de radiação dispersa. Mas Grefenstette disse que vários alunos do Caltech passaram os dados a pente fino e encontraram exemplos de aumento rápido de brilho em objectos periféricos, que podem ser vários acontecimentos dramáticos, como explosões termo-nucleares nas superfícies das estrelas de neutrões. A observação da frequência e da intensidade das alterações de brilho de uma estrela de neutrões pode ajudar os cientistas a decifrar o que está a acontecer a esses objectos.

“Se estivermos a tentar procurar um padrão no comportamento a longo prazo ou no brilho de uma fonte de raios-X, as observações desta radiação periférica podem ser uma óptima fonte de análise mais frequente e de estabelecer uma linha de base,” disse Renee Ludlam, bolseira do Programa Einstein do Hubble da NASA no Caltech e membro da equipa StrayCats. “Também nos podem permitir apanhar comportamentos estranhos nestes objectos quando não os esperamos ou quando normalmente não seríamos capazes de apontar o NuSTAR directamente. As observações desta radiação não substituem as observações directas, mas é sempre bom termos mais dados.”

Astronomia On-line
4 de Março de 2022