Um raro binário “viúva negra”, com a órbita mais curta até agora

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Ilustração de um pulsar “viúva negra” e da sua companheira estelar. As emissões de raios-gama do pulsar (magenta) aquecem fortemente o lado frontal da estrela (laranja). O pulsar está gradualmente a evaporar a sua companheira.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/Cruz deWilde

O clarão de uma estrela próxima atraiu os astrónomos do MIT (Massachusetts Institute of Technology) para um novo e misterioso sistema a 3000 anos-luz da Terra. Este estranho objecto estelar parece ser um novo binário “viúva negra” – uma estrela de neutrões com rotação rápida, ou pulsar, que está a circular e a consumir lentamente uma estrela companheira mais pequena, como o homónimo aracnídeo faz ao seu companheiro.

Os astrónomos conhecem cerca de duas dúzias de “binários de viúvas negras” na Via Láctea. Este novo candidato, chamado ZTF J1406+1222, tem o período orbital mais curto até agora identificado, com o pulsar e a estrela companheira a orbitarem-se um ao outro a cada 62 minutos. O sistema é único, na medida em que parece abrigar uma terceira estrela, distante, que orbita em torno das duas estrelas interiores de 10.000 em 10.000 anos.

Esta provável viúva negra tripla está a levantar questões sobre como um tal sistema pode ter sido formado. Com base nas suas observações, a equipa do MIT propõe uma história de origem: tal como a maioria dos binários de viúvas negras, o sistema triplo provavelmente surgiu de uma densa constelação de estrelas velhas conhecida como enxame globular. Este enxame em particular pode ter-se dirigido para o centro da Via Láctea, onde a gravidade do buraco negro central foi suficiente para fragmentar o enxame, deixando intacta a viúva negra tripla.

“É um cenário complicado de nascimento,” diz Kevin Burdge, pós-doutorado no Departamento de Física do MIT. “Este sistema flutua provavelmente na Via Láctea há mais tempo do que o Sol.”

Burdge é o autor de um estudo publicado na revista Nature que detalha a descoberta da equipa. Os investigadores utilizaram uma nova abordagem para detectar o sistema triplo. Enquanto a maioria dos binários de viúvas negras são encontrados através dos raios-gama e raios-X emitidos pelo pulsar central, a equipa utilizou a luz visível, e especificamente o piscar da estrela companheira do binário, para detectar ZTF J1406+1222.

“Este sistema é realmente único até no que toca às viúvas negras, porque encontrámo-lo no visível, e devido à sua ampla companheira e ao facto de ter vindo do Centro Galáctico,” explica Burdge. “Ainda há muito que não compreendemos sobre ele. Mas temos uma nova forma de procurar estes sistemas no céu.”

Os co-autores do estudo são colaboradores de múltiplas instituições, incluindo a Universidade de Warwick, do Caltech, da Universidade de Washington, da Universidade McGill e da Universidade de Maryland.

Dia e noite

Os binários de viúvas negras são alimentados por pulsares – estrelas de neutrões de rotação rápida que são os núcleos colapsados de estrelas massivas. Os pulsares têm um período de rotação vertiginoso, girando a cada poucos milissegundos e emitindo no processo flashes de raios-gama e raios-X altamente energéticos.

Normalmente, os pulsares diminuem a sua rotação e morrem relativamente depressa à medida que queimam uma enorme quantidade de energia. Mas de vez em quando, uma estrela passageira pode dar uma nova vida ao pulsar. Quando uma estrela se aproxima, a gravidade do pulsar retira material da estrela, o que fornece nova energia à sua rotação. O pulsar “reciclado” começa então a reirradiar energia que retira ainda mais material à estrela, eventualmente destruindo-a.

“Estes sistemas são chamados de viúvas negras devido à forma como o pulsar consome o objecto que a reciclou, tal como a aranha come o seu companheiro,” diz Burdge.

Todos os binários de viúvas negras até à data foram detectados através dos flashes de raios-gama e raios-X do pulsar. ZTF J1406+1222 foi o primeiro sistema do género a ser detectado graças ao flash óptico da estrela companheira.

Ao que parece, o lado diurno da estrela companheira – o lado perpetuamente virado para o pulsar – pode ser muitas vezes mais quente do que o seu lado nocturno, devido à constante radiação altamente energética que recebe do pulsar.

“Pensei, em vez de procurar directamente o pulsar, tentar procurar a estrela que este está a ‘cozinhar’,” salientou Burdge.

Ele argumentou que se os astrónomos observassem uma estrela cujo brilho mudava periodicamente em grande quantidade, isso seria um sinal forte de que estava num binário com um pulsar.

Movimento estelar

Para testar esta teoria, Burdge e colegas examinaram dados ópticos obtidos pelo ZTF (Zwicky Transient Facility), um observatório no estado norte-americano da Califórnia que recolhe imagens de campo amplo do céu nocturno. A equipa estudou o brilho das estrelas para ver se alguma estava a mudar dramaticamente por um factor de 10 ou mais, numa escala de tempo de cerca de uma hora ou menos – sinais que indicam a presença de um pulsar em órbita íntima.

A equipa foi capaz de discernir a dúzia de binários de viúvas negras conhecidos, validando a precisão do novo método. Depois avistaram uma estrela cujo brilho mudava por um factor de 13, a cada 62 minutos, indicando que fazia provavelmente parte de um novo binário viúva negra, que rotularam de ZTF J1406+1222.

Procuraram a estrela em observações feitas pelo Gaia, um telescópio espacial operado pela ESA que mantém medições precisas da posição e movimento das estrelas no céu. Analisando medições da estrela para trás no tempo, graças aos dados do SDSS (Sloan Digital Sky Survey), a equipa descobriu que o binário estava a ser seguido por outra estrela distante. A julgar pelos seus cálculos, esta terceira estrela parecia estar a orbitar o binário interior a cada 10.000 anos.

Curiosamente, os astrónomos não detectaram directamente emissões de raios-gama ou raios-X do pulsar no binário, que é a forma típica de confirmação das viúvas negras. ZTF J1406+1222, portanto, é considerado um candidato a binário viúva negra, que a equipa espera confirmar com futuras observações.

“A única coisa que sabemos ao certo é que vemos uma estrela com um lado diurno muito mais quente do que o lado nocturno, orbitando algo a cada 62 minutos,” acrescenta Burdge. “Tudo parece apontar para o facto de ser um binário viúva negra. Mas há aqui algumas coisas estranhas, por isso é possível que seja algo inteiramente novo.”

A equipa planeia continuar a observar o novo sistema, bem como a aplicar a técnica óptica para iluminar mais estrelas de neutrões e viúvas negras no céu.

Astronomia On-line
6 de Maio de 2022


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For the victims of the genocide practiced
by the Soviet Union of Putin, in Ukraine