Usando a sonda Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) da NASA, os astrônomos obtiveram a primeira visão da região interna em torno de uma estrela anã branca morta que se alimenta vampiricamente de uma companheira estelar.
A equipe do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) conseguiu realizar um estudo detalhado da região altamente energética, anteriormente inacessível, imediatamente ao redor de um anã branca no sistema EX Hydrae, localizado em torno de 200 anos-luz da Terra.
Os investigadores não só descobriram um elevado grau de polarização entre os raios X, o que descreve a concordância na direção em que as ondas que compõem a radiação eletromagnética estão inclinadas, mas também foram capazes de rastrear esta radiação energética até uma coluna de 3.200 quilómetros de altura de material estelar extremamente quente sendo puxado da estrela companheira, caindo sobre a anã branca.
Isso é cerca de metade do raio da anã branca e é muito maior do que os cientistas haviam estimado anteriormente para tal estrutura. A equipe também detectou raios X refletidos na superfície da anã branca antes de serem espalhados, algo que foi previsto, mas nunca foi confirmado anteriormente.
Os polares intermediários ganharam esse nome devido às variações na força dos campos magnéticos das anãs brancas. Quando o campo magnético é particularmente forte, estas estrelas mortas extraem material das suas estrelas companheiras, que depois flui em direção aos pólos das anãs brancas. No entanto, quando os campos magnéticos das anãs brancas são fracos, o material despojado forma estruturas rodopiantes chamadas discos de acreção em torno das anãs brancas. A partir daí, esta matéria estelar roubada é gradualmente alimentada nas superfícies dos remanescentes estelares.
A situação é mais complexa para anãs brancas vampiros com campos magnéticos de intensidade intermediária. Os cientistas previram que, para estes sistemas, um disco de acreção ainda deveria ser formado, mas deveria ser arrastado em direção aos pólos destas anãs brancas. Os campos magnéticos nestes sistemas deveriam então elevar este material, criando uma fonte de matéria estelar, ou uma “cortina de acreção”, que chove sobre os pólos magnéticos das anãs brancas a milhões de quilómetros por hora.
Os cientistas previram que este material que flui para baixo deveria colidir com a matéria ainda em queda, anteriormente levantada por campos magnéticos, criando colunas de gás turbulento que podem atingir temperaturas de milhões de graus Fahrenheit, emitindo raios X no processo.
Em janeiro de 2025, a equipe de pesquisa pretendia testar essa ideia estudando o sistema EX Hydrae com cerca de sete dias terrestres de observações realizadas com IXPE.
As descobertas demonstram a eficácia de uma técnica chamada “polarimetria de raios X”, que mede a polarização dos raios X, no estudo de ambientes estelares extremos e violentos.
“Mostramos que a polarimetria de raios X pode ser usada para fazer medições detalhadas da geometria de acreção da anã branca”, disse o líder da equipe Sean Gunderson, do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. disse em um comunicado. “Isso abre a janela para a possibilidade de fazer medições semelhantes de outros tipos de anãs brancas em acreção que também nunca tiveram sinais de polarização de raios-X previstos.”
Descobertas polarizadas
Ondas de luz oscilam em ângulo reto com a direção em que a luz está se propagando, mas o ângulo em que oscilam pode ser influenciado por campos magnéticos e elétricos. Além disso, quando a luz reflete em uma superfície, ela pode tornar-se polarizada, o que significa que a oscilação das ondas de luz é organizada em uma direção comum. Ao estudar a luz polarizada, os pesquisadores podem aprender mais sobre o objeto que ela espalhou.
Lançada em 2021, a IXPE é a primeira missão da NASA projetada para detectar raios X polarizados, tendo a espaçonave estudado alguns dos objetos e eventos mais extremos do universo, como estrelas de nêutronsburacos negros e supernovas. Esta é a primeira vez que o IXPE é direcionado para estudar um sistema polar intermediário, um objeto menor, mas ainda um forte emissor de raios X.
“Começamos a conversar sobre o quanto a polarização seria útil para se ter uma ideia do que está acontecendo nestes tipos de sistemas, que a maioria dos telescópios vê como apenas um ponto no seu campo de visão”, disse o membro da equipe Herman Marshall, do MIT. “Com cada raio X que chega da fonte, você pode medir a direção da polarização. Você coleta muitos deles, e eles estão todos em ângulos e direções diferentes, que você pode calcular para obter um grau e direção preferidos da polarização.”
Marshall, Gunderson e colegas encontraram um grau de polarização de 8% nos raios X do EX Hydrae, que é muito superior ao previsto pelos modelos teóricos. Após esta descoberta, os cientistas confirmaram que os raios X realmente se originaram de uma coluna de gás em colisão com cerca de 3.200 quilômetros de altura.
“Se pudéssemos ficar um pouco perto do pólo da anã branca, veríamos uma coluna de gás estendendo-se por 3.200 quilômetros no céu e depois espalhando-se para fora”, disse Gunderson.
Ao medir a direção da polarização destes raios X, a equipa conseguiu confirmar que esta radiação de alta energia é refletida na superfície da anã branca antes de viajar pelo espaço.
“O que é útil na polarização de raios X é que ela fornece uma imagem da porção mais interna e energética de todo o sistema”, acrescentou Swati Ravi, membro da equipe e cientista do MIT. “Quando olhamos através de outros telescópios, não vemos nenhum destes detalhes.”
A equipe agora pretende expandir sua investigação dos ambientes ao redor estrelas de vampiro além do EX Hydrae para outros sistemas de alimentação de anãs brancas. Em última análise, isto poderia ajudar a compreender melhor o estado final destes sistemas – as explosões de supernovas do Tipo Ia que emergem da sobrealimentação das estrelas mortas e geralmente resultam na destruição total da anã branca.
“Chega um ponto em que tanto material cai sobre a anã branca vindo de uma estrela companheira que a anã branca não consegue mais segurá-lo, tudo entra em colapso e produz um tipo de supernova que é observável em todo o universo, que pode ser usada para descobrir o tamanho de o universo”, concluiu Marshall. “Portanto, compreender esses sistemas de anãs brancas ajuda os cientistas a compreender as fontes dessas supernovas e fala sobre a ecologia da galáxia.”
A pesquisa da equipe foi publicada em 10 de novembro em O Jornal Astrofísico.
