XMM-Newton descortina as primeiras emissões evidentes de raios-x de farol estelar maciço

Estrelas como o Sol são conhecidas por produzirem fortes emissões de raios-X, mas as estrelas maciças parecem ser muito diferentes. Nas estrelas acima de oito massas solares, a emissão de raios-X está estável, e nenhuma destas estrelas foi observada de forma confiável a emitir repetidamente nesta parte do espectro - até recentemente.

Em 2014, uma equipa de cientistas usou o observatório espacial XMM-Newton da ESA para observar uma estrela maciça denominada Rho Ophiuchi A. Esta estrela fica no coração da Nuvem Negra Rho Ophiuchi, uma região próxima que é conhecida por formar ativamente novas estrelas. Surpreendentemente, os dados mostraram uma abundância de raios-X a fluir da estrela, levando a equipa a observá-la mais atentamente.

“Observámos a estrela, através do XMM-Newton, durante quase 40 horas, e achámos algo ainda mais inesperado,” diz Ignazio Pillitteri, do INAF - Observatório Astronómico de Palermo, Itália, e líder da equipa de investigação.

“Ao invés de uma emissão suave e estável, os raios-X pulsaram periodicamente para fora da Rho Ophiuchi A, variando ao longo de um período de cerca de 1,2 dias à medida que a estrela rodava - como um farol de raios-X! Este é um fenómeno bastante novo em estrelas maiores do que o Sol.”

Rho Ophiuchi A é muito mais quente e mais maciça do que a nossa estrela-mãe. Desconhece-se como os raios-X são gerados em tais pesos pesados estelares; uma possibilidade é um forte magnetismo intrínseco, que seria observável através de sinais de magnetismo superficial. No entanto, como tal campo magnético funcionaria - e como estaria ligado a qualquer emissão de raios-X - ainda não está claro.

“Conjeturámos que podia haver um ponto magnético gigante ativo na superfície de Rho Ophiuchi A - um pouco como uma mancha solar, apenas muito maior e mais estável,” acrescenta Pillitteri.

“À medida que a estrela gira, este ponto entraria e ficaria fora do campo de visão, causando os raios-X pulsantes observados. No entanto, essa ideia era algo improvável; as manchas nas estrelas formam-se quando um campo magnético interior aparece na superfície e nós sabemos que, apenas uma em cada dez estrelas maciças possui um campo magnético mensurável.”

Outra maneira de criar o “efeito do farol” pulsante é através de um companheiro em órbita de massa inferior, que adicionou os seus próprios raios-X copiosos à luz atribuída a Rho Ophiuchi A; essa emissão de raios-X variaria de força à medida que a pequena e hipotética estrela cruzava na frente e atrás de Rho Ophiuchi A, durante a sua órbita de 1,2 dias. A equipa também considerou esta possibilidade: que Rho Ophiuchi A poderia ter uma pequena, invisível, companheira, de massa baixa, numa órbita muito apertada.

“Para descobrir de uma forma ou outra, apressámo-nos para obter medições magnéticas de Rho Ophiuchi A, utilizando um dos maiores telescópios terrestres existentes: o Very Large Telescope da ESO,” diz Lida Oskinova, da Universidade de Potsdam, Alemanha, um membro da equipa internacional que realizou o estudo.

“De maneira emocionante, estas medições confirmaram uma das nossas previsões e mostraram que os raios-X, provavelmente, estão ligados a estruturas magnéticas na superfície da estrela.”

Estas medições foram feitas em luz visível, utilizando uma técnica conhecida como espectro-polarimetria, que envolve o estudo de vários comprimentos de onda de luz polarizada que emanam de uma estrela. Os dados mostraram que Rho Ophiuchi A tem um campo magnético intenso, cerca de 500 vezes mais forte que o do Sol.

“Um campo tão forte é facilmente capaz de produzir o tipo de erupções que descobrimos,” diz Pillitteri.

“Isto confirma que o que descobrimos, utilizando o XMM-Newton, foram de fato raios X em Rho Ophiuchi A, que as estrelas maciças podem ser magneticamente ativas - como mostrado pelas observações óticas - e que essa atividade pode ser vista nos raios-X.”

Os dados combinados indicam que Rho Ophiuchi A é a única estrela do seu género a ter uma região magnética ativa confirmada, na sua superfície, que emite raios-X. Procurar um comportamento semelhante em estrelas como Rho Ophiuchi A, ajudará os cientistas a compreender o quão prevalente é esse fenómeno e a desvendar mais sobre as propriedades magnéticas dessas estrelas.

“Este estudo é importante na nossa exploração de estrelas maciças - há muitas coisas que ainda não entendemos sobre esses objetos,” diz Norbert Schartel, cientista do projeto XMM-Newton da ESA.

“Em conjunto, as extraordinárias capacidades do XMM-Newton e do Very Large Telescope já revelaram outro pedaço do quebra-cabeça.”

“Como um bónus, ilustra ainda o processo da ciência muito bem - de encontrar algo interessante ou incomum, investigar e inventar algumas hipóteses possíveis, e acompanhar com mais observações para descobrir o que está correto. É um exemplo maravilhoso de uma colaboração internacional entre telescópios, em órbita e no chão, trabalhando juntos para explorar e explicar os fenómenos que vemos ao longo do cosmos.”

Notas aos editores

Estas descobertas são descritas em três artigos publicados na revista Astronomy & Astrophysics: “Smooth X-ray variability from ρ Ophiuchi A+B: A strongly magnetized primary B2 star?” por Pillitteri et al. (2014), doi: 10.1051/0004-6361/201424243; “The early B-type star Rho Ophiuchi A is an X-ray lighthouse” por Pillitteri et al. (2017), doi: 10.1051/0004-6361/201630070; e “Detection of magnetic field in the B2 star ρ Oph A with ESO FORS2” por Pillitteri et al. (2018), doi: 10.1051/0004-6361/201732078.

Mais informações sobre a missão XMM-Newton da ESA podem ser encontradas aqui.

As observações óticas foram realizadas utilizando o instrumento FOcal Reducer/Low Disperser Spectrograph 2 (FORS2) no Very Large Telescope do Observatório Meridional da Europa, localizado no Chile.