Superestrela Eta Carinae Cria Raios Cósmicos Acelerando Partículas

Um novo estudo usando dados do telescópio espacial NuSTAR da NASA sugere que Eta Carinae, o sistema estelar mais luminoso e massivo dentro de um raio de 10.000 anos-luz de distância, está acelerando partículas a altas energias - algumas das quais podem chegar à Terra como raios cósmicos.
"Sabemos que as ondas explosivas de estrelas que explodem podem acelerar as partículas de raios cósmicos a velocidades comparáveis ​​às da luz, um incremento incrível de energia", disse Kenji Hamaguchi, astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e o principal autor do estudo. "Processos semelhantes devem ocorrer em outros ambientes extremos. Nossa análise indica que Eta Carinae é uma delas".
Os astrônomos sabem que os raios cósmicos com energias superiores a 1 bilhão de elétron-volts (eV) chegam até nós além do nosso sistema solar. Mas como essas partículas - elétrons, prótons e núcleos atômicos - carregam uma carga elétrica, elas se desviam do curso sempre que encontram campos magnéticos. Isso embaralha seus caminhos e mascara suas origens.
Eta Carinae, localizada a cerca de 7.500 anos-luz de distância, na direção da constelação de Carina, ao sul, é famosa por uma explosão do século 19 que brevemente a tornou a segunda estrela mais brilhante do céu. Este evento também ejetou uma enorme nebulosa em forma de ampulheta, mas a causa da erupção ainda é pouco compreendida.
O sistema contém um par de estrelas massivas cujas órbitas excêntricas as aproximam a cada 5,5 anos. As estrelas contêm 90 e 30 vezes a massa do nosso Sol e passam a 225 milhões de quilômetros em sua maior aproximação - a distância média que separa Marte do Sol.
"Ambas as estrelas de Eta Carinae dirigem poderosos fluxos de saída chamados de ventos estelares", disse o membro da equipe Michael Corcoran, também de Goddard. "Onde esses ventos se chocam durante o ciclo orbital, produzem um sinal periódico em raios-X de baixa energia que rastreamos há mais de duas décadas".
O Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi da NASA também observou uma mudança em raios Gama - que armazena muito mais energia do que raios X - de uma fonte na direção de Eta Carinae. Mas a visão de Fermi não é tão nítida quanto os telescópios de raios X, então os astrônomos não puderam confirmar a conexão.
Para preencher a lacuna entre o monitoramento de raios X de baixa energia e as observações do Fermi em raios Gama, Hamaguchi e seus colegas recorreram ao NuSTAR. Lançado em 2012, o NuSTAR pode focar raios-X de energia muito maior do que qualquer outro telescópio. Utilizando dados recentemente coletados e arquivados, a equipe examinou as observações do NuSTAR adquiridas entre março de 2014 e junho de 2016, juntamente com observações de raios X de baixa energia do satélite XMM-Newton da Agência Espacial Européia no mesmo período.
Os raios-X suaves ou de baixa energia de Eta Carinae vêm do gás na interface dos ventos estelares em colisão, onde as temperaturas ultrapassam 40 milhões de graus Celsius. Mas o NuSTAR detectou uma fonte emissora de raios X acima de 30.000 eV, cerca de três vezes mais do que pode ser explicado por ondas de choque nos ventos em colisão. Para comparação, a energia da luz visível varia de cerca de 2 a 3 eV.

Eta Carinae brilha em raios X nesta imagem do Observatório de Raios-X Chandra da NASA. As cores indicam energias diferentes. O vermelho se estende de 300 a 1.000 elétron volts (eV), o verde varia de 1.000 a 3.000 eV e o azul cobre de 3.000 a 10.000 eV. As observações do NuSTAR (contornos verdes) revelam uma fonte de raios X com energias três vezes mais altas do que o Chandra pode detectar. 

A análise da equipe, apresentada em um artigo publicado na segunda-feira, 2 de julho de 2018, na Nature Astronomy, mostra que esses raios "duros" variam com o período orbital do binário e mostram um padrão similar de saída de energia como os raios gama observados pelo Fermi.
Os pesquisadores dizem que a melhor explicação para os raios X duros e a emissão de raios gama são os elétrons acelerados em ondas de choque violentas ao longo da fronteira dos ventos estelares em colisão. Os raios-X detectados pelo NuSTAR e os raios gama detectados pelo Fermi surgem da luz das estrelas, devido a um enorme aumento de energia pelas interações com esses elétrons.
Alguns dos elétrons super-rápidos, assim como outras partículas aceleradas, devem escapar do sistema e talvez alguns eventualmente passem pela Terra, onde podem ser detectados como raios cósmicos.
"Nós sabemos há algum tempo que a região em torno de Eta Carinae é a fonte de emissão energética em raios-X e raios gama de alta energia", disse Fiona Harrison, a investigadora principal do NuSTAR e professora de astronomia na Caltech, em Pasadena, Califórnia. "Mas até que o NuSTAR fosse capaz de identificar a radiação, mostrá-la que vem do binário e estudar suas propriedades em detalhes, a origem era misteriosa".

Fonte: NASA