Explosões nucleares em uma estrela de nêutrons alimentam seus jatos

Esta impressão artística mostra como as explosões nucleares em uma estrela de nêutrons alimentam os jatos que saem de suas regiões polares magnéticas. Em primeiro plano, no centro à direita, há uma bola branca muito brilhante, representando a estrela de nêutrons. Filamentos brancos/roxos estão saindo de sua região polar. A bola é cercada por uma esfera maior, branca e nebulosa, a coroa, e mais adiante por um disco com faixas concêntricas de cores diferentes, indo do branco no disco interno ao laranja no meio e ao vermelho-magenta na região externa. Uma faixa laranja conecta a parte externa do disco a uma grande seção amarelo-laranja-vermelha de uma esfera no canto superior esquerdo. Isto representa a estrela companheira da estrela de nêutrons, que alimenta o disco ao redor do corpo esférico branco brilhante. Crédito: Danielle Futselaar e Nathalie Degenaar, Instituto Anton Pannekoek, Universidade de Amsterdã

Os astrónomos mediram com sucesso pela primeira vez a velocidade de jactos que se movem rapidamente no espaço, um factor crítico na formação de estrelas e na dispersão de elementos essenciais à construção da vida.

Os astrónomos mediram, pela primeira vez, a velocidade de jactos de alta velocidade no espaço, desempenhando um papel fundamental na formação de estrelas e na distribuição de elementos essenciais à vida.

Mediu-se que os jatos de matéria, expelidos por estrelas consideradas “canibais cósmicos”, viajam a mais de um terço da velocidade da luz – graças a uma nova experiência inovadora publicada em Natureza.

O estudo lança uma nova luz sobre estes processos violentos, fazendo uso inteligente de explosões nucleares descontroladas na superfície das estrelas.

Coautor Jakob van den Eijnden, bolsista do Prêmio Warwick do Departamento de Física, Universidade de Warwickdisse: “As explosões ocorreram em estrelas de nêutrons, que são incrivelmente densas e conhecidas por sua enorme atração gravitacional que as faz engolir gás de seus arredores – uma atração gravitacional que só é superada por buracos negros.

Mecanismo detalhado de formação de jato

“O material, principalmente hidrogénio de uma estrela próxima que orbita, gira em direção à estrela em colapso, caindo como neve sobre a sua superfície. À medida que mais e mais material chove, o campo gravitacional o comprime até que uma explosão nuclear descontrolada seja iniciada. Esta explosão impacta os jatos, que também são disparados do material que cai e ejetam partículas para o espaço em alta velocidade.”

A equipe desenvolveu uma maneira de medir a velocidade e as propriedades dos jatos comparando os sinais de raios X e de rádio captados pelo Australia Telescope Compact Array (de propriedade e operado por CSIROagência científica nacional da Austrália) e o Agência Espacial EuropeiaSatélite integral da (ESA).

O co-autor Thomas Russell, Instituto Nacional de Astrofísica, INAF, Palermo, Itália, disse: “Isto deu-nos uma experiência perfeita. Tivemos um impulso muito breve e de curta duração de material extra que é atirado para dentro do jato e que podemos rastrear à medida que ele desce pelo jato para aprender sobre sua velocidade.”


Esta animação artística ilustra como as explosões nucleares em um Estrêla de Neutróns alimentar os jatos que saem de suas regiões polares magnéticas. Quando em órbita com outra estrela, o intenso campo gravitacional da estrela de nêutrons pode “sugar” material da companheira próxima. O material gira em direção ao objeto colapsado, circulando-o, formando um disco e, por fim, mergulhando na superfície. A queda da gravidade na superfície da estrela de nêutrons comprime violentamente o material acumulado (consistindo principalmente de hidrogênio), causando uma explosão nuclear descontrolada. Isso, por sua vez, faz com que os jatos se intensifiquem repentinamente e ejetem partículas para o espaço em alta velocidade. Crédito: ESA – Agência Espacial Europeia Agradecimentos: D. Futselaar e N. Degenaar, Universidade de Amsterdã. Trabalho realizado pela ATG Medialab sob contrato com a ESA

Desafios e resultados observacionais

Jakob van den Eijnden acrescentou: “Essas explosões ocorrem a cada duas horas, mas não é possível prever exatamente quando acontecerão. Portanto, você tem que observar as observações do telescópio por um longo tempo e esperar captar algumas rajadas. Ao longo de três dias de observações, vimos 10 explosões e jatos acendendo.”

Os jatos viajaram cerca de 114 mil quilômetros por segundo, incríveis 35-40% da velocidade da luz.

Esta foi a primeira vez que os astrónomos conseguiram antecipar e observar diretamente como uma certa quantidade de gás foi canalizada para um jato e acelerada para o espaço.

A coautora Nathalie Degenaar, da Universidade de Amsterdã, na Holanda, continuou: “Com base em dados anteriores, pensamos que a explosão destruiria o local onde o jato estava sendo lançado. Mas vimos exatamente o oposto: uma forte contribuição para o jato, em vez de uma interrupção.”

Os pesquisadores acreditam que a massa e a rotação das estrelas de nêutrons e dos buracos negros também impactam os jatos.

Tendo agora demonstrado que esta investigação é possível, este estudo constituirá o modelo para futuras experiências com estrelas de neutrões e os seus jactos. Os jatos também podem ser produzidos por eventos cataclísmicos, como explosões de supernovas e explosões de raios gama. Os novos resultados terão ampla aplicabilidade em muitos estudos do cosmos.

Referência: “Explosões termonucleares em estrelas de nêutrons revelam a velocidade de seus jatos” por Thomas D. Russell, Nathalie Degenaar, Jakob van den Eijnden, Thomas Maccarone, Alexandra J. Tetarenko, Celia Sánchez-Fernández, James CA Miller-Jones, Erik Kuulkers e Melania Del Santo, 27 de março de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07133-5



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